DE102013202385A1

DE102013202385A1 - Verfahren zur Steuerung eines hydrostatischen Getriebes

Info

Publication number: DE102013202385A1
Application number: DE201310202385
Authority: DE
Inventors: Andreas Litz; Markus Eymüller
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2014-08-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines hydrostatischen Getriebes, das als Fahrgetriebe zwischen einem Antriebsmotor (2) und einem Achsantrieb (4) im Antriebsstrang (1) eines Fahrzeugs angeordnet ist sowie eine von dem Antriebsmotor (2) antreibbare Hydrostatpumpe (8) und mindestens einen hydraulisch mit der Hydrostatpumpe (8) sowie mechanisch mit dem Achsantrieb (4) in Triebverbindung stehenden Hydrostatmotor (10, 11) umfasst, wobei das Fahrzeug während eines stationären Arbeitsbetriebs an einer Steigung oder an einem Gefälle bei aktivierter Hillholder-Funktion an einem unbeabsichtigtem Bergabrollen gehindert wird. Zur Realisierung einer getriebeinternen Hillholder-Funktion sieht die Erfindung vor, dass der Drehwinkel (α) und die Drehrichtung der Abtriebswelle (7) des hydrostatischen Getriebes (6) sensorisch erfasst werden, und dass dann, wenn der in einer vorab festgelegten Zeitspanne (∆t) von der Abtriebswelle (7) zurückgelegte Drehwinkel (∆α) einen vorab festgelegten Drehwinkelgrenzwert (∆αmax) erreicht oder überschritten hat (∆α ≥ ∆αmax), das Fördervolumen (VP) der Hydrostatpumpe (8) entgegen der Drehrichtung der Abtriebswelle (7) so lange um eine vorab festgelegte Fördervolumenbetrag (∆VP) erhöht wird (VP = VP + ∆VP), bis der in der genannten Zeitspanne (∆t) von der Abtriebswelle (7) zurückgelegte Drehwinkel (∆α) den erwähnten Drehwinkelgrenzwert (∆αmax) nicht mehr erreicht oder überschreitet (∆α < ∆αmax).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines hydrostatischen Getriebes, das als Fahrgetriebe zwischen einem Antriebsmotor und einem Achsantrieb im Antriebsstrang eines Fahrzeugs angeordnet ist sowie eine von dem Antriebsmotor antreibbare Hydrostatpumpe und mindestens einen hydraulisch mit der Hydrostatpumpe sowie mechanisch mit dem Achsantrieb in Triebverbindung stehenden Hydrostatmotor umfasst, wobei das Fahrzeug während eines stationären Arbeitsbetriebs in einer Steigung oder in einem Gefälle bei aktivierter Hillholder-Funktion an einem Bergabrollen gehindert wird.
Bestimmte selbst fahrende Fahrzeuge, insbesondere mobile Arbeitsmaschinen, die über hydraulisch antreibbare oder betätigbare Arbeitsgeräte, wie z. B. Ladeschaufeln oder Greifarme, verfügen, weisen üblicherweise auch einen hydrostatischen Fahrantrieb auf. Ein solcher Fahrantrieb besteht aus einem zumeist als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor, einem stufenlos verstellbaren hydrostatischen Fahrgetriebe und einem Achsantrieb. Das Fahrgetriebe umfasst eine von dem Antriebsmotor antreibbare Hydrostatpumpe und mindestens einen hydraulisch mit der Hydrostatpumpe sowie mechanisch mit dem Achsantrieb des Fahrzeugs in Triebverbindung stehenden Hydrostatmotor. Die Hydrostatpumpe und der Hydrostatmotor können jeweils als Axialkolbenmaschine in der Bauart einer Schrägachsenmaschine, einer Schrägscheibenmaschine, einer Taumelscheibenmaschine, oder als eine Radialkolbenmaschine in der Bauart einer Innenexzentermaschine oder einer Außenexzentermaschine ausgebildet sein. Besondere Vorteile von hydrostatischen Getrieben bestehen in der hohen Energiedichte bzw. der relativ kompakten Bauart, sowie in der Möglichkeit, die Hydrostatpumpe und den Hydrostatmotor räumlich getrennt in dem Fahrzeug anordnen zu können.
Durch eine stufenlose Verstellung der Hydrostatpumpe kann das von dieser pro Umdrehung in einer Hochdruckleitung zu dem Hydrostatmotor geförderte und von diesem in einer Niederdruckleitung zurückfließende Fördervolumen gesteuert werden. Durch eine stufenlose Verstellung des Hydrostatmotors kann dessen Schluckvolumen und damit das an der Abtriebswelle des Fahrgetriebes anstehende Abtriebsmoment sowie deren Abtriebsdrehzahl variiert werden. Es sind auch hydrostatische Getriebe bekannt, die zwei von einer einzigen Hydrostatpumpe antreibbare Hydrostatmotoren aufweisen, deren Triebwellen über ein Summierungsgetriebe mit der Abtriebswelle des hydrostatischen Getriebes in Triebverbindung sind.
So ist z. B. in der DE 10 2006 043 289 A1 ein hydrostatisches Getriebe beschrieben, das einen einzigen, als Radialkolbenmaschine ausgebildeten Hydrostatmotor aufweist, dessen Triebwelle über eine Stirnradstufe mit der Abtriebswelle des hydrostatischen Getriebes in Triebverbindung ist. Außerdem ist in der DE 10 2006 043 289 A1 auch ein hydrostatisches Getriebe beschrieben, das zwei als Radialkolbenmaschinen ausgebildete Hydrostatmotoren aufweist, deren Triebwellen über ein aus Stirnradstufen gebildetes Summierungsgetriebe mit der Abtriebswelle des hydrostatischen Getriebes in Triebverbindung stehen.
Wenn der Fahrer eines mit einem hydrostatischen Getriebe versehenen Fahrzeugs aus der Fahrt heraus anhalten will, nimmt er den Fuß vom Fahrpedal, stellt eine Sollgeschwindigkeit von 0 km/h ein, oder legt mit einem Wählhebel die neutrale Fahrstufe N ein. Dadurch wird die Hydrostatpumpe des Fahrantriebs auf ein Fördervolumen mit dem Wert Null eingestellt, so dass von der Hydrostatpumpe über die Hydraulikleitungen kein Ölvolumen mehr zu dem Hydrostatmotor gefördert und von diesem daher auch kein Ölvolumen aufgenommen wird. Wenn sich das Fahrzeug in einer Ebene befindet, reicht dies aus, um das Fahrzeug ohne eine Betätigung der Betriebsbremse oder der Feststellbremse im Stillstand festzuhalten.
Wenn sich das Fahrzeug allerdings an einer Steigung oder an einem Gefälle befindet, wird der Hydrostatmotor über den Achsantrieb unter der Wirkung der Hangabtriebskraft belastet und einseitig ein Druck aufgebaut. Bei einer theoretischen Vernachlässigung von Leckagen würde dies nicht zu einem Bergabrollen des Fahrzeugs führen, da die Hydrostatpumpe auf ein Fördervolumen mit dem Wert Null eingestellt ist. Aufgrund von in der Realität unvermeidbaren Leckagen entweicht jedoch ein geringer Teil des unter Druck gesetzten Hydrauliköls, welches durch eine Speisepumpe nachgefördert wird, wobei das Hydrauliköl in den Niederdruckzweig eingespeist wird. Aufgrund des insbesondere auf der Hochdruckseite des Antriebs entweichenden Hydrauliköls wird der Hydrostatmotor langsam gedreht, wodurch das Fahrzeug bergab kriecht. Wenn diese Bewegung durch einen beispielsweise an der Abtriebswelle des hydrostatischen Getriebes angeordneten Sensor erfasst wird, könnte das Fahrzeug durch eine automatisch erfolgende Betätigung der Betriebsbremse oder der Feststellbremse im Stillstand festgehalten, also an einem Bergabrollen gehindert werden. Dies würde allerdings einen Bremsaktuator zur Betätigung der betreffenden Bremsanlage sowie eine elektronische Schnittstelle zwischen dem Getriebesteuergerät und einem Fahrzeugsteuergerät zur Ansteuerung dieses Bremsaktuators erfordern, welches als vergleichsweise aufwendig und teuer beurteilt wird.
Aus dem Bereich der Planeten-Automatgetriebe sind schon Verfahren zur getriebeinternen Realisierung einer so genannten Hillholder-Funktion bekannt, mittels der ein Fahrzeug automatisch gegen ein unbeabsichtigtes Bewegen gehindert wird. So ist beispielsweise aus der DE 103 47 714 B4 ein Verfahren zur Steuerung eines Planeten-Automatgetriebes bekannt, bei dem nach der Standabkoppelung des Antriebsmotors eine solche Hillholder-Funktion aktiviert wird. Zur Standabkoppelung des Antriebsmotors wird eines von mindestens zwei der in der eingelegten Gangstufe geschlossenen Reibschaltelemente zumindest teilweise geöffnet. Zur Aktivierung der Hillholder-Funktion wird ein weiteres, einer anderen Gangstufe zugeordnetes und mit dem weiterhin geschlossenen Reibschaltelement der eingelegten Gangstufe sowie der Ausgangswelle des Planeten-Automatgetriebes in Triebverbindung stehendes Reibschaltelement zumindest teilweise geschlossen, wodurch die Ausgangswelle getriebeintern blockiert ist. Aufgrund der unterschiedlichen Bauart und Wirkungsweise von Planeten-Automatgetrieben ist ein derartiges Verfahren allerdings nicht auf ein hydrostatisches Getriebe übertragbar.
Der vorliegenden Erfindung lieg daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines hydrostatischen Getriebes der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mittels dem eine getriebeinterne Realisierung einer Hillholder-Funktion möglich ist.
Diese Aufgabe ist in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Drehwinkel und die Drehrichtung der Abtriebswelle des hydrostatischen Getriebes sensorisch erfasst werden, und dass dann, wenn der in einer vorab festgelegten Zeitspanne von der Abtriebswelle zurückgelegte Drehwinkel einen vorab festgelegten Drehwinkelgrenzwert erreicht oder überschritten hat, das Fördervolumen der Hydrostatpumpe entgegen der Drehrichtung der Abtriebswelle so lange um einen vorab festgelegte Fördervolumenbetrag erhöht wird, bis der in der genannten Zeitspanne von der Abtriebswelle zurückgelegte Drehwinkel den Drehwinkelgrenzwert nicht mehr erreicht oder überschreitet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht demnach aus von einem an sich bekannten hydrostatischen Getriebe, das als Fahrgetriebe zwischen einem Antriebsmotor und einem Achsantrieb im Antriebsstrang eines Fahrzeugs angeordnet ist. Dieses hydrostatische Getriebe umfasst eine von dem Antriebsmotor antreibbare Hydrostatpumpe und mindestens einen hydraulisch mit der Hydrostatpumpe sowie mechanisch mit dem Achsantrieb in Triebverbindung stehenden Hydrostatmotor. Entsprechend der dem Verfahren zu Grunde liegenden Aufgabe soll das Fahrzeug, beispielsweise eine mobile Arbeitsmaschine, während eines stationären Arbeitsbetriebs an einer Steigung oder an einem Gefälle, bei dem der Antriebsmotor zum Antrieb einer Hydraulikpumpe zur Versorgung der hydraulisch antreibbaren oder betätigbaren Arbeitsgeräte mit Drucköl weiter in Betrieb ist, durch eine getriebeinterne Hillholder-Funktion an einem Bergabrollen gehindert werden.
Um dies zu erreichen ist zunächst vorgesehen, dass der Drehwinkel und die Drehrichtung der Abtriebswelle des hydrostatischen Getriebes sensorisch erfasst werden. Sofern dann festgestellt wird, dass der in einer vorab festgelegten Zeitspanne von der Abtriebswelle zurückgelegte Drehwinkel einen vorab festgelegten Drehwinkelgrenzwert erreicht oder überschritten hat, wird das zunächst auf den Wert Null eingestellte Fördervolumen der Hydrostatpumpe entgegen der Drehrichtung der Abtriebswelle so lange um eine vorab festgelegte Fördervolumenbetrag erhöht, bis der in dieser Zeitspanne von der Abtriebswelle zurückgelegte Drehwinkel den erwähnten Drehwinkelgrenzwert nicht mehr erreicht oder überschreitet.
Es versteht sich in Kenntnis der Erfindung von selbst, dass die als Konstante in einem Datenspeicher des Getriebesteuergerätes abgelegten Werte für die Zeitspanne, der Drehwinkelgrenzwert, und die Fördervolumenbetrag frei applizierbar sind, also im Rahmen der Entwicklung und Erprobung des Fahrzeugs in geeigneter Weise festgelegt werden.
Mit diesem Verfahren ist somit eine getriebeinterne Hillholder-Funktion realisiert, wodurch ein externer Bremsaktuator zur Betätigung der Betriebsbremse oder der Feststellbremse sowie eine elektronische Schnittstelle zwischen einem Getriebesteuergerät und einem Fahrzeugsteuergerät zur Ansteuerung des Bremsaktuators eingespart werden können. Das Verfahren gemäß der Erfindung setzt lediglich voraus, dass ein geeigneter Sensor zur Erfassung des Drehwinkels und der Drehrichtung der Abtriebswelle des hydrostatischen Getriebes vorhanden ist. Ein üblicherweise aus einem mitrotierenden Geberzahnrad und einem gehäusefest montierten Hallsensor bestehender, an der Abtriebswelle des Hydrostatgetriebes angeordneter Drehzahlsensor ist hierzu nicht geeignet, da dieser erst bei höheren Drehzahlen anspricht und kein drehrichtungsabhängiges Signal liefert.
Der Drehwinkel und die Drehrichtung der Abtriebswelle des hydrostatischen Getriebes können direkt mittels eines an seiner Abtriebswelle angeordneten Drehwinkelsensors oder indirekt mittels eines an einem mit der Abtriebswelle in Triebverbindung stehenden Bauteil des Hydrostatmotors angeordneten Drehwinkelsensors erfasst werden.
Sofern der Hydrostatmotor als eine Radialkolbenmaschine mit Innenexzenter und schwenkbar gelagerten Zylindern ausgebildet ist, können der Drehwinkel und die Drehrichtung der Abtriebswelle des hydrostatischen Getriebes vorteilhaft mittels eines in der Schwenkachse eines der Zylinder angeordneten Drehwinkelsensors erfasst werden, wobei der Drehwinkel der Abtriebswelle aus der Änderung des Rohsignals (ADC-Signal) desselben und die Drehrichtung aus der Steigung des Rohsignals des Drehwinkelsensors bestimmt werden können (ADC = analog to digital conversion).
Ein dem entsprechender Hydrostatmotor mit einem in der Schwenkachse eines Zylinders angeordneten Drehwinkelsensor ist aus der DE 10 2004 048 174 A1 bekannt. Der Aufbau und die Anordnung eines derartigen Drehwinkelsensors mit einem an dem Zylinder befestigten Dauermagneten und einem gehäusefest montierten Hallsensor ist in der DE 10 2006 043 291 A1 beschrieben. Bislang wird ein derartiger Drehwinkelsensor nur zur Ermittlung des Schluckvolumens eines als eine Radialkolbenmaschine mit Innenexzenter und schwenkbar gelagerten Zylindern ausgebildeten Hydrostatmotors verwendet, wobei hierzu die Amplitude des von dem Drehwinkelsensor gelieferten sinusförmigen Rohsignals (ADC-Signal) ausgewertet wird. Diese Vorgehensweise ist z. B. in der DE 10 2009 054 876 A1 ausführlich beschrieben.
Darüber hinaus kann auch bei langsam drehender Abtriebswelle aus der Änderung des Rohsignals (ADC-Signal) eines derartigen Drehwinkelsensors auch der Drehwinkel der Abtriebswelle bestimmt werden. Außerdem kann aufgrund der drehrichtungsabhängigen Asymmetrie des sinusförmigen Rohsignals (ADC-Signal) des Drehwinkelsensors aus der Steigung des Rohsignals auch die Drehrichtung der Abtriebswelle ermittelt werden. Somit ist in diesem Fall zur Realisierung der getriebeinternen Hillholder-Funktion vorteilhaft kein zusätzlicher Drehwinkelsensor zur Erfassung des Drehwinkels und der Drehrichtung der Abtriebswelle des hydrostatischen Getriebes erforderlich.
Die beschriebene Hillholder-Funktion wird bevorzugt dann aktiviert, wenn die von dem Fahrer angeforderte Solldrehzahl der Abtriebswelle gleich Null ist (also Fahrzeugstillstand gewünscht ist), und wenn die aktuelle Motordrehzahl des Antriebsmotors der Leerlaufdrehzahl des Antriebsmotors entspricht, und wenn von dem Fahrer keine Fahrtrichtung vorgegeben ist (Soll-Fahrtrichtung = Neutral), und bedarfsweise wenn mindestens ein von dem Fahrzeughersteller vorgesehenes kundenspezifisches Startsignal vorliegt.
Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Hillholder-Funktion nur dann aktiviert wird, wenn die Betriebsbremse und/oder die Feststellbremse von dem Fahrer nicht betätigt werden. Wenn die Betriebsbremse und/oder die Feststellbremse von dem Fahrer betätigt wird, reicht dies zumeist aus, um das Fahrzeug an einem unbeabsichtigten Rollen zu hindern. Die Aktivierung der getriebeinternen Hillholder-Funktion ist dann an sich überflüssig, sie würde jedoch die Sicherheit zur Vermeidung eines Bergabrollens erhöhen.
Das Beenden der Hillholder-Funktion erfolgt bevorzugt dann, wenn die von dem Fahrer angeforderte Solldrehzahl der Abtriebswelle größer als Null ist, oder wenn die aktuelle Motordrehzahl des Antriebsmotors über der Leerlaufdrehzahl des Antriebsmotors liegt, oder wenn von dem Fahrer eine Fahrtrichtung vorgegeben ist (Soll-Fahrtrichtung ≠ Neutral).
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Hillholder-Funktion dann beendet wird, wenn in Alleinstellung oder zusätzlich zu den gerade genannten Bedingungen mindestens ein von dem Fahrzeughersteller vorgesehenes kundenspezifisches Abbruchsignal vorliegt.
Aus dem zuvor genannten Grund kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass die beschriebene Hillholder-Funktion auch dann beendet wird, wenn die Betriebsbremse und/oder die Feststellbremse von dem Fahrer betätigt wird.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit mehreren Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
1 ein Ablaufschema des Verfahrens gemäß der Erfindung,
2 den Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einem als Fahrgetriebe zwischen einem Antriebsmotor und einem Achsantrieb angeordneten hydrostatischen Getriebe, und
3 das Rohsignal (ADC-Signal) eines in der Schwenkachse eines Zylinders eines als Radialkolbenmaschine mit Innenexzenter und schwenkbaren Zylindern ausgebildeten Hydrostatmotors angeordneten Drehwinkelsensors.
Ein schematisch in 2 abgebildeter Antriebsstrang 1 eines Fahrzeugs, insbesondere einer mobilen Arbeitsmaschine, umfasst einen als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor 2 mit einer Triebwelle 3, einen vorliegend als Achsdifferenzial ausgebildeten Achsantrieb 4 einer Antriebsachse 5 des Fahrzeugs, sowie ein dazwischen angeordnetes hydrostatisches Getriebe 6 mit einer Abtriebswelle 7.
Das hydrostatische Getriebe 6 weist eine Hydrostatpumpe 8 auf, wobei die Hydrostatpumpe 8 auch außerhalb des hydrostatischen Getriebes 6 angeordnet sein kann, die über die Triebwelle 3 von dem Antriebsmotor 2 antreibbar ist, und deren Fördervolumen V_P mittels eines zugeordneten Stellantriebs 9 stufenlos in Vorwärts- und Rückwärts-Fahrt-richtung verstellbar ist. Zudem weist das hydrostatische Getriebe 6 zwei Hydrostatmotoren 10, 11 mit jeweils einer Triebwelle 12, 13 auf, deren Schluckvolumen jeweils über einen nicht dargestellten Stellantrieb stufenlos zwischen dem Wert Null und einem Maximalwert verstellbar sind. Eingangsseitig stehen die Hydrostatmotoren 10, 11 über zwei Hauptleitungen 14, 15 in paralleler Anordnung mit der Hydrostatpumpe 8 in Triebverbindung bzw. sind sie mit dieser Hydrostatpumpe 8 in Triebverbindung bringbar. Während die beiden zu dem ersten Hydrostatmotor 10 führenden Anschlussleitungen 16, 17 mittels eines vorliegend als ein 6/2-Wege-Magnetventil ausgebildeten Schaltventils 18 gegenüber den Hauptleitungen 14, 15 absperrbar bzw. mit diesen verbindbar sind, stehen die zu dem zweiten Hydrostatmotor 11 führenden beiden Anschlussleitungen 19, 20 permanent mit den Hauptleitungen 14, 15 in Verbindung.
Ausgangsseitig stehen die Triebwellen 12, 13 der beiden Hydrostatmotoren 10, 11 über jeweils eine als Stirnradstufe ausgebildete Abtriebskonstante 21, 22 eines Summiergetriebes 23 mit der Abtriebswelle 7 des hydrostatischen Getriebes 6 in Triebverbindung. Der erste Hydrostatmotor 10 ist zur Erhöhung des Gesamtdrehmomentes vorgesehen. Daher steht die Triebwelle 12 dieses ersten Hydro-statmotors 10 über eine Abtriebskonstante 21 mit hoher Übersetzung mit der Abtriebswelle 7 des hydrostatischen Getriebes 6 in Triebverbindung. Bei höherer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist zur Vermeidung von Schleppverlusten vorgesehen, dass der erste Hydrostatmotor 10 mittels des Schaltventils 18 hydraulisch von der Hydrostatpumpe 8 abgekoppelt wird. Der zweite Hydrostatmotor 11 ist primär für den Antrieb des Fahrzeugs bei hoher Fahrgeschwindigkeit vorgesehen. Daher steht die Triebwelle 13 dieses Hydrostatmotors 11 über eine Abtriebskonstante 22 mit niedriger Übersetzung mit der Abtriebswelle 7 des hydrostatischen Getriebes 6 in Triebverbindung. Der zweite Hydrostatmotor 11 wird aber auch bei niedriger Fahrgeschwindigkeit zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt.
Zur Erfassung der Abtriebsdrehzahl n_Ab des hydrostatischen Getriebes 6 ist an der Abtriebswelle 7 ein Drehzahlsensor 24 angeordnet. Zur Erfassung des Drehwinkels α und der Drehrichtung der Abtriebswelle 7 des hydrostatischen Getriebes 6 ist an jedem der beiden Hydrostatmotoren 10, 11 ein Drehwinkelsensor 25, 26 angeordnet. Alle Drehwinkelsensoren 24, 25, 26 sind über nicht dargestellte Sensorleitungen in bekannter Weise mit einem ebenfalls nicht gezeigten Steuergerät verbunden.
Vorliegend wird beispielhaft davon ausgegangen, dass die beiden Hydrostatmotoren 10, 11, wie es z. B. aus der DE 10 2004 048 174 A1 und der DE 10 2006 043 289 A1 bekannt ist, jeweils als eine Radialkolbenmaschine mit Innenexzenter und schwenkbar gelagerten Zylindern ausgebildet sind. Ebenfalls wird vorliegend davon ausgegangen, dass die an den beiden Hydrostatmotoren 10, 11 angeordneten Drehwinkelsensoren 25, 26, wie es z. B. aus der DE 10 2004 048 174 A1 , der DE 10 2006 043 291 A1 und der DE 10 2009 054 876 A1 bekannt ist, jeweils in der Schwenkachse eines der Zylinder der Hydrostatmotoren 10, 11 angeordnet sind, und dass diese Drehwinkelsensoren 25, 26 primär zur indirekten Ermittlung des durch die Exzentrizität einstellbaren Schluckvolumens der Hydrostatmotoren 10, 11 verwendet werden.
In dem in 3 dargestellten Diagramm ist das als ADC-Signal bezeichnete Rohsignal eines dieser Drehwinkelsensoren 25, 26 über dem Drehwinkel α_TW der betreffenden Triebwelle 12, 13 dargestellt (ADC = analog to digital conversion). Das ADC-Signal ist das Rohsignal zur Ermittlung des Schwenkwinkels des betreffenden Zylinders der Hydrostatmotoren 10, 11. Aus dem Drehwinkel α_TW der jeweiligen Triebwelle 12, 13 ergibt sich der Drehwinkel α der Abtriebswelle 7 durch Division mit der Übersetzung der betreffenden Abtriebskonstante 21, 22 des Summiergetriebes 23.
In 3 gibt die durchgezogene Kurve den Verlauf des ADC-Signals bei einer einem Vorwärtsrollen des Fahrzeugs entsprechenden Drehrichtung der Triebwelle 12, 13 und die gestrichelte Kurve den Verlauf des ADC-Signals bei der entgegengesetzten, einem Rückwärtsrollen des Fahrzeugs entsprechenden Drehrichtung der Triebwelle 12, 13 an. Aus dem Vergleich der beiden sinusförmigen Verläufe des ADC-Signals wird ersichtlich, dass daraus sowohl eine auch langsame Rollbewegung des Fahrzeugs als auch die Rollrichtung des Fahrzeugs ermittelt werden kann. Ob das Fahrzeug rollt, kann aus der Änderung der Amplitude des ADC-Signals ermittelt werden. In welche Richtung das Fahrzeug rollt, kann anhand der Steigung des ADC-Signals, insbesondere im Bereich der Flanken des sinusförmigen Verlaufes, bestimmt werden.
Zwar ist die Kurbelbewegung der Kolben und Zylinder des Hydrostatmotors hinsichtlich der Drehrichtung symmetrisch. Die geometrischen Eigenschaften des Drehwinkelsensors 25, 26 sorgen aber dafür, dass die ansteigenden Flanken des ADC-Signals bei einer Vorwärtsdrehung eine flachere Steigung als bei einer Rückwärtsdrehung der Triebwelle 12, 13 aufweisen, und dass die abfallenden Flanken des ADC-Signals bei einer Vorwärtsdrehung ein steilere Steigung als bei einer Rückwärtsdrehung der Triebwelle 12, 13 aufweisen. Eine Drehung und die Drehrichtung der Abtriebswelle 7 des hydrostatischen Getriebes 6 und damit ein Rollen sowie die Rollrichtung des Fahrzeugs wird somit vorliegend im Prinzip indirekt anhand einer Änderung des Schwenkwinkels und der Steigung des Schwenkwinkels des betreffenden Zylinders des Hydrostatmotors 10, 11 erkannt.
Das Verfahren zur Realisierung einer getriebeinternen Hillholder-Funktion, das nachfolgend anhand des in 1 abgebildeten schematischen Ablaufplans erläutert wird, ist jedoch unabhängig von der konkreten Bauart des jeweiligen Hydrostatmotors 10, 11 sowie der Ausbildung und Anordnung des Drehwinkelsensors 25, 26 anwendbar. Ebenso kann das Verfahren auch bei einem hydrostatischen Getriebe mit nur einem Hydrostatmotor angewendet werden, da hierzu nur ein an der Triebwelle oder an einem mit der Triebwelle in Triebverbindung stehenden Bauteil des Hydrostatmotors angeordneter Drehwinkelsensor erforderlich ist.
In einem der erfindungsgemäßen Hillholder-Funktion vorgelagerten Verfahrensschritt S0 wird gemäß 1 zunächst geprüft, ob die Startbedingungen zur Aktivierung der Hillholder-Funktion erfüllt sind. Die vorliegend beispielhaft verwendeten Startbedingungen sind rechts von dem Abfragesymbol von S0 aufgelistet. Demzufolge wird geprüft, ob die von dem Fahrer angeforderte Solldrehzahl n_{Ab_soll} der Abtriebswelle 7 den Wert Null aufweist (n_{Ab_soll} = 0), ob die aktuelle Motordrehzahl n_VM des Antriebsmotors 2 der Leerlaufdrehzahl n_{VM_idle} des Antriebsmotors 2 entspricht (n_VM = n_{VM_idle}), und ob von dem Fahrer keine Fahrtrichtung vorgegeben ist (Soll-Fahrtrichtung = Neutral). Zusätzlich wird geprüft, ob der Fahrer weder die Betriebsbremse noch die Feststellbremse des Fahrzeugs betätigt. Außerdem kann geprüft werden, ob mindestens ein weiteres, von dem Fahrzeughersteller für die Aktivierung der Hillholder-Funktion vorgesehenes kundenspezifisches Signal vorliegt. Sofern die Startbedingungen erfüllt sind, wird die Hillholder-Funktion gestartet. Wenn mindestens eine der Startbedingungen nicht erfüllt ist, wird der Start der Hillholder-Funktion umgangen, diese also nicht aktiviert.
In der Hillholder-Funktion werden im Verfahrensschritt S1 zunächst der Drehwinkel α und die Drehrichtung der Abtriebswelle 7 des hydrostatischen Getriebes 6 sensorisch erfasst. Bei der Ausführung des hydrostatischen Getriebes 6 gemäß 2 erfolgt dies mittels des an dem ersten Hydrostatmotor 10 angeordneten Drehwinkelsensors 25 oder mittels des an dem zweiten Hydrostatmotor 11 angeordneten Drehwinkelsensors 26, wobei der zweite Hydrostatmotor 11 mindestens ein minimales Schluckvolumen ungleich Null aufweisen muss.
Danach wird im Verfahrensschritt S2 geprüft, ob der in einem vorab festgelegten Zeitintervall ∆t von der Abtriebswelle 7 des hydrostatischen Getriebes 6 zurückgelegte Drehwinkel ∆α einen vorab festgelegten Drehwinkelgrenzwert ∆α_max erreicht oder überschritten hat (∆α ≥ ∆α_max). Sofern der Drehwinkelgrenzwert ∆α_max erreicht oder überschritten ist, liegt eine relevante Drehung der Abtriebswelle 7 vor. Das Fahrzeug rollt demnach in die durch die ermittelte Drehrichtung der Abtriebswelle 7 definierte Richtung.
In diesem Fall wird in dem nachfolgenden Verfahrensschritt S3 das zu Beginn auf den Wert Null eingestellte Fördervolumen V_P der Hydrostatpumpe 8 entgegen der Drehrichtung der Abtriebswelle 7 um eine vorab festgelegte Fördervolumenbetrag ∆V_P erhöht (V_P = V_P + ∆V_P). Andernfalls wird der Verfahrensschritt S3 umgangen, so dass das eingestellte Fördervolumen V_P der Hydrostatpumpe 8 unverändert bleibt.
Anschließend wird in dem Verfahrensschritt S4 geprüft, ob mindestens eine der Abbruchbedingungen zur Deaktivierung der Hillholder-Funktion erfüllt ist. Die vorliegend beispielhaft verwendeten Abbruchbedingungen sind rechts von dem Abfragesymbol von S4 aufgelistet. Demzufolge wird geprüft, ob die von dem Fahrer angeforderte Solldrehzahl n_{Ab_soll} der Abtriebswelle 7 größer als Null ist (n_{Ab_soll} > 0), ob die aktuelle Motordrehzahl n_VM des Antriebsmotors 2 die Leerlaufdrehzahl n_{VM_idle} des Antriebsmotors 2 übersteigt (n_VM > n_{VM_idle}), und ob von dem Fahrer eine Fahrtrichtung vorgegeben ist (Soll-Fahrtrichtung ≠ Neutral). Zusätzlich wird geprüft, ob der Fahrer die Betriebsbremse oder die Feststellbremse betätigt. Außerdem kann geprüft werden, ob mindestens ein weiteres, von dem Fahrzeughersteller für die Deaktivierung der Hillholder-Funktion vorgesehenes kundenspezifisches Signal vorliegt. Wenn mindestens eine der Abbruchbedingungen erfüllt ist, wird die Hillholder-Funktion verlassen und damit deaktiviert.
Sofern jedoch keine der Abbruchbedingungen erfüllt ist, wird vor den Verfahrensschritt S1 zurückgegangen. Somit werden die Verfahrensschritte S1 bis S3 erneut durchlaufen. Dies führt bei mehrfachem Durchlauf der Verfahrenschritte S1 bis S3 dazu, dass das Fördervolumen V_P der Hydrostatpumpe 8 entgegen der Drehrichtung der Abtriebswelle 7 so lange um die Fördervolumenbetrag ∆V_P erhöht wird (V_P = V_P + ∆V_P), bis der in der Zeitspanne ∆t von der Abtriebswelle 7 zurückgelegte Drehwinkel ∆α den Drehwinkelgrenzwert ∆α_max nicht mehr erreicht oder überschreitet (∆α < ∆α_max), demnach bis das Fahrzeug nicht mehr rollt.
Mit dem beschriebenen Verfahren ist somit eine getriebeinterne Hillholder-Funktion realisiert, für deren Realisierung nur ein geeigneter, an der Abtriebswelle 7 des hydrostatischen Getriebes oder an einem mit dieser in Triebverbindung stehenden Bauteil eines der Hydrostatmotoren 10, 11 angeordneten Drehwinkelsensor 25, 26 erforderlich ist. Ein für die Realisierung einer getriebeexternen Hillholder-Funktion erforderlicher Bremsaktuator zur Betätigung der Betriebsbremse oder der Feststellbremse sowie eine elektronische Schnittstelle zwischen dem Getriebesteuergerät und einem Fahrzeugsteuergerät zur Ansteuerung des Bremsaktuators können somit eingespart werden.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Antriebsmotor, Verbrennungsmotor
3: Triebwelle des Antriebsmotors
4: Achsantrieb, Achsdifferenzial
5: Antriebsachse
6: Hydrostatisches Getriebe
7: Abtriebswelle des Getriebes
8: Hydrostatpumpe
9: Stellantrieb der Hydrostatpumpe
10: Erster Hydrostatmotor
11: Zweiter Hydrostatmotor
12: Triebwelle des ersten Hydrostatmotors
13: Triebwelle des zweiten Hydrostatmotors
14: Erste Hauptleitung
15: Zweite Hauptleitung
16: Erste Anschlussleitung des ersten Hydrostatmotors
17: Zweite Anschlussleitung des ersten Hydrostatmotors
18: Schaltventil des ersten Hydrostatmotors
19: Erste Anschlussleitung des zweiten Hydrostatmotors
20: Zweite Anschlussleitung des zweiten Hydrostatmotors
21: Abtriebskonstante des ersten Hydrostatmotors, Stirnradstufe
22: Abtriebskonstante des zweiten Hydrostatmotors, Stirnradstufe
23: Summiergetriebe
24: Drehzahlsensor an der Abtriebswelle des Getriebes
25: Drehwinkelsensor am ersten Hydrostatmotor
26: Drehwinkelsensor an zweiten Hydrostatmotor
n_{Ab_soll}: Solldrehzahl der Abtriebswelle
n_VM: Motordrehzahl
n_{VM_idle}: Leerlaufdrehzahl
V_P: Fördervolumen der Hydrostatpumpe
α: Drehwinkel Abtriebswelle
α_TW: Drehwinkel der Triebwellen
∆α: Drehwinkel über ∆t der Abtriebswelle
∆α_max: Drehwinkelgrenzwert
∆t: Zeitspanne
∆V_P: Fördervolumenbetrag

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006043289 A1 [0004, 0004, 0032]
DE 10347714 B4 [0007]
DE 102004048174 A1 [0017, 0032, 0032]
DE 102006043291 A1 [0017, 0032]
DE 102009054876 A1 [0017, 0032]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines hydrostatischen Getriebes, das als Fahrgetriebe zwischen einem Antriebsmotor (2) und einem Achsantrieb (4) im Antriebsstrang (1) eines Fahrzeugs angeordnet ist sowie eine von dem Antriebsmotor (2) antreibbare Hydrostatpumpe (8) und mindestens einen hydraulisch mit der Hydrostatpumpe (8) sowie mechanisch mit dem Achsantrieb (4) in Triebverbindung stehenden Hydrostatmotor (10, 11) umfasst, wobei das Fahrzeug während eines stationären Arbeitsbetriebs an einer Steigung oder an einem Gefälle bei aktivierter Hillholder-Funktion an einem Bergabrollen gehindert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel (α) und die Drehrichtung der Abtriebswelle (7) des hydrostatischen Getriebes (6) sensorisch erfasst werden, und dass dann, wenn der in einer vorab festgelegten Zeitspanne (∆t) von der Abtriebswelle (7) zurückgelegte Drehwinkel (∆α) einen vorab festgelegten Drehwinkelgrenzwert (∆α_max) erreicht oder überschritten hat (∆α ≥ ∆α_max), das Fördervolumen (V_P) der Hydrostatpumpe (8) entgegen der Drehrichtung der Abtriebswelle (7) so lange um einen vorab festgelegte Fördervolumenbetrag (∆V_P) erhöht wird (V_P = V_P + ∆V_P), bis der in der genannten Zeitspanne (∆t) von der Abtriebswelle (7) zurückgelegte Drehwinkel (∆α) den erwähnten Drehwinkelgrenzwert (∆α_max) nicht mehr erreicht oder überschreitet (∆α < ∆α_max).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel (α) und die Drehrichtung der Abtriebswelle (7) des hydrostatischen Getriebes (6) direkt mittels eines an der Abtriebswelle (7) angeordneten Drehwinkelsensors (24) oder indirekt mittels eines an einem mit der Abtriebswelle (7) in Triebverbindung stehenden Bauteil des Hydrostatmotors (10, 11) angeordneten Drehwinkelsensors (25, 26) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel (α) und die Drehrichtung der Abtriebswelle (7) des hydrostatischen Getriebes (6) bei einem als eine Radialkolbenmaschine mit Innenexzenter und schwenkbar gelagerten Zylindern ausgebildeten Hydrostatmotor (25, 26) mittels eines in der Schwenkachse eines der Zylinder angeordneten Drehwinkelsensors (25, 26) erfasst werden, wobei der Drehwinkel (α) der Abtriebswelle (7) aus der Änderung des Rohsignals (ADC-Signal) und die Drehrichtung aus der Steigung des Rohsignals (ADC-Signal) des Drehwinkelsensors (25, 26) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hillholder-Funktion aktiviert wird, sofern die von dem Fahrer angeforderte Solldrehzahl (n_{Ab_soll}) der Abtriebswelle (7) gleich Null ist (n_{Ab_soll} = 0), und wenn die aktuelle Motordrehzahl (n_VM) des Antriebsmotors (2) der Leerlaufdrehzahl (n_{VM_idle}) des Antriebsmotors (2) entspricht bzw. sich unterhalb der Antriebsdrehzahl befindet (n_VM = n_{VM_idle}), und wenn von dem Fahrer keine Fahrtrichtung vorgegeben ist (Soll-Fahrtrichtung = Neutral).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hillholder-Funktion aktiviert dann wird, wenn zusätzlich zu den Bedingungen des Anspruchs 4 mindestens ein von dem Fahrzeughersteller vorgesehenes kundenspezifisches Startsignal vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hillholder-Funktion nur dann aktiviert wird, wenn die Betriebsbremse und/oder die Feststellbremse des Fahrzeugs von dem Fahrer nicht betätigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hillholder-Funktion beendet wird, wenn die von dem Fahrer angeforderte Solldrehzahl (n_{Ab_soll}) der Abtriebswelle (7) größer als Null ist (n_{Ab_soll} > 0), oder wenn die aktuelle Motordrehzahl (n_VM) des Antriebsmotors (2) über der Leerlaufdrehzahl (n_{VM_idle}) bzw. der Anfahrdrehzahl des Antriebsmotors (2) liegt (n_VM > n_{VM_idle}), oder wenn von dem Fahrer eine Fahrtrichtung vorgegeben ist (Soll-Fahrtrichtung ≠ Neutral)
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hillholder-Funktion dann beendet wird, wenn in Alleinstellung oder zusätzlich zu den Bedingungen des Anspruchs 7 mindestens ein von dem Fahrzeughersteller vorgesehenes kundenspezifisches Abbruchsignal vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hillholder-Funktion auch dann beendet wird, wenn die Betriebsbremse und/oder die Feststellbremse des Fahrzeugs von dem Fahrer betätigt wird.