DE102015225530A1

DE102015225530A1 - Verfahren zum Betätigen eines stufenlos leistungsverzweigten Getriebes eines Fahrzeuges mit einem Wendegetriebe

Info

Publication number: DE102015225530A1
Application number: DE102015225530.1A
Authority: DE
Inventors: Marcus Hiemer; Stephan Schinacher; Robin Cramer; Jan-Frederik Kuhn; Sven Bieber; Simon Geiger; Timo Maise
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2035-12-18
Also published as: DE102015225530B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betätigen eines stufenlos leistungsverzweigten Getriebes bei Vorliegen einer fahrerseitigen Anforderung für einen Fahrtrichtungswechsel und einer damit einhergehenden Wendeschaltung in einem Wendegetriebe beschrieben. In Abhängigkeit der zum Zeitpunkt der Anforderung für den Fahrtrichtungswechsel vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit sowie in Abhängigkeit eines mit dem Fahrtrichtungswechsel angeforderten Soll-Gradienten des Soll-Verlaufes (n_37_soll) der Drehzahl einer Getriebeausgangswelle ausgehend von der zum Zeitpunkt (T_FNR) der Anforderung für den Fahrtrichtungswechsel vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit in Richtung der nach dem Fahrtrichtungswechsel einzustellenden Fahrzeuggeschwindigkeit wird ein Zeitpunkt (T_null) bestimmt, zu dem die Drehzahl der Getriebeausgangswelle gleich Null ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betätigen eines stufenlos leistungsverzweigten Getriebes eines Fahrzeuges mit einem Wendegetriebe gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der DE 10 2013 200 392 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebstranges mit einer Antriebsmaschine, mit einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe und mit einem Abtrieb bekannt. Das Getriebe besteht aus einem Wendegetriebe, einem Planetengetriebe sowie einem Bereichsgetriebe. Das Wendegetriebe umfasst sogenannte Wendekupplungen, mit welchen die Drehrichtung des Getriebes geschaltet wird und die den Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine und dem Abtrieb herstellen. Im Bereich des Planetengetriebes wird der Kraftfluss bzw. der Leistungsfluss von der Antriebsmaschine in einen mechanischen und einen hydrostatischen Leistungsanteil aufgeteilt. Über das Bereichsgetriebe ist die maximale Abtriebsdrehzahl erhöhbar und der Leistungsfluss zwischen dem Variator und dem Abtrieb sowie zwischen dem Abtrieb und dem Wendegetriebe herstellbar.
Bei Vorliegen einer fahrerseitigen Anforderung für einen Fahrtrichtungswechsel des mit dem Getriebe ausgeführten Fahrzeuges und einer damit einhergehenden Wendeschaltung im Wendegetriebe wird eine im geschlossenen Betriebszustand vorliegende Wendekupplung geöffnet, über die einer Getriebeausgangswelle des Getriebes eine Antriebsdrehrichtung der mit einer Getriebeeingangswelle über das Wendegetriebe in Wirkverbindung bringbaren Antriebsmaschine oder eine hierzu entgegengesetzte Drehrichtung aufprägbar ist, während eine geöffnete Wendekupplung des Wendegetriebes, über die der Getriebeeingangswelle eine zu der Antriebsdrehrichtung der Antriebsmaschine entgegengesetzte Drehrichtung oder die Antriebsdrehrichtung der Antriebsmaschine aufprägbar ist, in geschlossenen Betriebszustand überführt wird. Zusätzlich wird eine Übersetzung des Variators zur Reduzierung einer Drehzahl der Getriebeausgangswelle verändert.
Des Weiteren ist aus der US 8 986 162 B2 ein Verfahren zur Durchführung von Wendeschaltungen bekannt, mittels welchem eine Auswahl zwischen verschiedenen Vorgehensweisen zur Durchführung von Wendeschaltungen in einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe auswählbar sind.
Bei einer ersten Vorgehensweise wird die Drehrichtung des Getriebes vor der Reduzierung der Fahrzeuggeschwindigkeit in Richtung Null geändert und gleichzeitig ein Schwenkwinkel einer Schrägscheibe eines als Hydrostat ausgeführten Variators des Getriebes im Wesentlichen konstant gehalten, um gleichmäßige Wendeschaltungen bei höheren Ausgangs- und Endgeschwindigkeiten des Fahrzeuges zu erreichen, ohne dabei einen Fahrzeugstillstand zu verursachen.
Ein Fahrzeug wird bei einer weiteren Vorgehensweise, die bei geringeren Ausgangs- und Endgeschwindigkeiten eines Fahrzeuges oder bei Vorliegen weiterer Zustände, wie definierten Temperaturzuständen, ausgewählt wird, durch Verändern des Schrägscheibenwinkels verzögert und in den Stillstand überführt, bevor ein Fahrtrichtungswechsel bzw. eine Wendeschaltung im Bereich eines Wendegetriebes erfolgt. Über die verschiedenen Vorgehensweisen wird versucht, einen fahrerseitig angeforderten Fahrtrichtungswechsel bzw. einen Richtungswechsel der Drehrichtung eines leistungsverzweigten Getriebes mit Wendekupplungen möglichst dynamisch durchzuführen und darüber hinaus die Wendekupplungen des Wendegetriebes nicht zu überlasten.
Reversierungen sind mittels der bekannten Vorgehensweisen jedoch nur bedingt dynamisch und mit hohem Fahrkomfort durchführbar, da jeweils ein Zusammenspiel zwischen einer Verstellung eines Variators und einer durchzuführenden Wendeschaltung nur unzureichend abstimmbar ist, um eine Getriebeausgangswelle während eines Reversiervorgangs in einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe ruckfrei bzw. mit einem stetigen Verlauf einer Drehzahl der Getriebeausgangswelle darzustellen. Ein solches Ruckeln der Getriebeabtriebswelle wirkt sich nachteilig auf den Fahrkomfort und auch die Produktivität einer mit einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe ausgeführten Arbeitsmaschine aus, was jedoch unerwünscht ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betätigen eines stufenlos leistungsverzweigten Getriebes eines Fahrzeuges mit einem Wendegetriebe zur Verfügung zu stellen, mittels welchem fahrerseitig angeforderte Fahrtrichtungswechsel bzw. Wendeschaltungen dynamisch und mit hohem Fahrkomfort durchführbar sind, ohne Wendekupplungen eines Wendegetriebes dabei in unzulässigem Umfang zu belasten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betätigen eines stufenlos leistungsverzweigten Getriebes eines Fahrzeuges mit einem Wendegetriebe, mit einem Variator und mit einer Getriebeausgangswelle wird bei Vorliegen einer fahrerseitigen Anforderung für einen Fahrtrichtungswechsel des mit dem Getriebe ausgeführten Fahrzeuges und einer damit einhergehenden Wendeschaltung im Wendegetriebe eine in geschlossenem Betriebszustand vorliegende Wendekupplung geöffnet, über die einer Getriebeeingangswelle eine Antriebsdrehrichtung einer mit der Getriebeeingangswelle über das Wendegetriebe in Wirkverbindung bringbaren Antriebsmaschine oder eine hierzu entgegengesetzte Drehrichtung aufprägbar ist, während eine geöffnete Wendekupplung, über die der Getriebeeingangswelle eine der Antriebsdrehrichtung der Antriebsmaschine entgegengesetzte Drehrichtung oder die Antriebsdrehrichtung der Antriebsmaschine aufprägbar ist, in geschlossenem Betriebszustand überführt wird. Zusätzlich wird eine Übersetzung des Variators zur Reduzierung einer Drehzahl der Getriebeausgangswelle verändert.
Erfindungsgemäß wird in Abhängigkeit der zum Zeitpunkt der Anforderung für den Fahrtrichtungswechsel vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit sowie in Abhängigkeit eines mit dem Fahrtrichtungswechsel angeforderten Soll-Gradienten des Soll-Verlaufes der Drehzahl der Getriebeausgangswelle ausgehend von der zum Zeitpunkt der Anforderung für den Fahrtrichtungswechsel vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit in Richtung der nach dem Fahrtrichtungswechsel einzustellenden Fahrzeuggeschwindigkeit ein Zeitpunkt bestimmt, zu dem die Drehzahl der Getriebeausgangswelle gleich Null ist.
Während des Betriebs eines Fahrzeuges wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu jedem Zeitpunkt überwacht, ob ein Fahrtrichtungswechsel bzw. eine Reversierung beispielsweise durch den Fahrer angefordert wird. Zum Zeitpunkt der Anforderung für eine Reversierung wird vorteilhafterweise der Zeitpunkt berechnet, zu dem im Bereich des Getriebeabtriebs bzw. der Getriebeausgangswelle der Richtungswechsel zwischen der Drehrichtung der Getriebeausgangswelle zum Zeitpunkt der Anforderung für den Fahrtrichtungswechsel in Richtung der durch den Fahrtrichtungswechsel angeforderten Drehrichtung erfolgt, wobei dieses Ereignis oftmals auch als Nulldurchgang bezeichnet wird.
Der Zeitpunkt des Nulldurchganges wird während des erfindungsgemäßen Verfahrens in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit zu dem Zeitpunkt bestimmt, zu dem die Reversierung angefordert wird, und in Abhängigkeit der vom Fahrer angeforderten Soll-Dynamik, d. h. in Abhängigkeit des beispielsweise fahrerseitig angeforderten Soll-Gradienten des Soll-Verlaufs der Drehzahl der Getriebeausgangswelle ermittelt. Dabei entspricht die Soll-Dynamik vorliegend der fahrerseitig angeforderten Wunschverzögerung des Fahrzeugs, die der Fahrer beispielsweise über ein fahrzeugseitiges Bedienelement, wie einen Drehschalter, ein Poti, eine Displayauswahl oder dergleichen, vorgeben kann. Alternativ hierzu ist die Soll-Dynamik auch über Festwerte im Bereich eines Steuergerätes, wie eines Getriebesteuergerätes, vorgebbar, falls ein Fahrzeug ohne ein solches Bedienelement ausgebildet ist.
Über die erfindungsgemäße Vorgehensweise sind unterschiedliche vorzugsweise fahrerseitige Soll-Dynamikvorgaben berücksichtigbar und ist für einen Fahrer eines Fahrzeuges ein erwartbares Fahrverhalten zur Verfügung stellbar. Fordert beispielsweise ein Fahrer einen Fahrtrichtungswechsel mit hoher Dynamik an, wird der Nulldurchgang früher erfolgen, als dies bei einem beispielsweise fahrerseitig angeforderten Fahrtrichtungswechsel mit niedrigerer Wunschdynamik der Fall ist.
Zusätzlich sind bei Kenntnis des in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Anforderung für den Fahrtrichtungswechsel und der angeforderten Soll-Dynamik bestimmten Zeitpunktes des Nulldurchganges der Getriebeausgangswelle auf einfache Art und Weise die Betätigungen der Wendekupplungen des Wendegetriebes und des Variators dahingehend aufeinander abstimmbar, dass unzulässig hohe Belastungen im Bereich der Wendekupplungen während der Wendeschaltung unterbleiben und Wendeschaltungen mit der gewünschten Dynamik bei gleichzeitig hohem Fahrkomfort durchführbar sind.
Bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Abhängigkeit des Soll-Gradienten des Soll-Verlaufes der Drehzahl der Getriebeausgangswelle, in Abhängigkeit eines Zeitraumes, der mindestens zur Durchführung einer Wendeschaltung im Wendegetriebe zur Vermeidung unzulässiger Belastungen der Wendegruppen während der Wendeschaltung benötig wird, und in Abhängigkeit der im Bereich der Wendekupplungen während der Reduzierung der Drehzahl der Getriebeausgangswelle in Richtung Null jeweils maximal abbaubaren Energie ein vor dem Zeitpunkt, zu dem die Drehzahl der Getriebeausgangswelle gleich Null ist, liegender weiterer Zeitpunkt ermittelt, ab dem die zuzuschaltende Wendekupplung geregelt in den geschlossenen Zustand überführt und die zugeschaltete Wendekupplung geöffnet wird. Dabei ist insbesondere im Bereich der zuzuschaltenden Wendekupplung die zum Abbremsen des Fahrzeuges bzw. zum Verzögern des Fahrzeuges aufzubringende Bremsenergie und auch die zum Abbremsen der internen Drehmassen des Getriebes sowie die zum Beschleunigen der Drehmassen in die entgegengesetzte Richtung aufzubringende Energie im Schlupfbetrieb aufzunehmen. Die von der zuzuschaltenden Wendekupplung aufzunehmende Energie wird in thermische Energie umgesetzt, woraus eine thermische Belastung der zuzuschaltenden Wendekupplung resultiert. Die maximal im Bereich der zuzuschaltenden Wendekupplung abbaubare Energie entspricht dabei der Energiemenge, die im Bereich der zuzuschaltenden Wendekupplung keine die Funktionsweise der zuzuschaltenden Wendekupplung dauerhaft beeinträchtigenden Schädigungen bewirkt.
Bei der letztbeschriebenen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Wendekupplungen des Wendegetriebes jeweils in einem Umfang betätigt, der einerseits unzulässige Belastungen im Bereich der Wendekupplungen vermeidet und andererseits einen angeforderten Fahrtrichtungswechsel mit möglichst hoher Dynamik ermöglicht. Hierfür kann es vorgesehen sein, dass ein angeforderter Fahrtrichtungswechsel mit einer gegenüber der fahrerseitig angeforderten Soll-Dynamik reduzierten bzw. begrenzten Dynamik durchgeführt wird.
Wird die zuzuschaltende Wendekupplung in Abhängigkeit einer Differenzdrehzahl zwischen Schaltelementhälften der zuzuschaltenden Wendekupplung geregelt in den geschlossenen Betriebszustand überführt, ist ein angeforderter Fahrtrichtungswechsel mit der gewünschten Dynamik durchführbar und unzulässig hohe Belastungen sind im Bereich der zuzuschaltenden Wendekupplung mit geringem Aufwand vermeidbar.
Um die Wendeschaltung im angeforderten Umfang durchführen zu können, wird ausgehend vom weiteren Zeitpunkt und in Abhängigkeit eines Zeitraumes, innerhalb dem die jeweils zuzuschaltende Wendekupplung nach Anlegen einer Betätigungskraft aus einem vollständig geöffneten Betriebszustand in einen Betriebszustand überführbar ist, in dem eine Übertragungsfähigkeit der zuzuschaltenden Wendekupplung wenigstens annähernd gleich Null ist und von dem ausgehend eine Erhöhung der Betätigungskraft der zuzuschaltenden Wendekupplung einen sofortigen Anstieg der Übertragungsfähigkeit der zuzuschaltenden Wendekupplung zur Folge hat, ein um den Zeitraum vor dem weiteren Zeitpunkt liegender zusätzlicher Zeitpunkt bestimmt.
Dabei stellt der zusätzliche Zeitpunkt den Zeitpunkt dar, ab dem die zuzuschaltende Wendekupplung bzw. die Zielrichtungskupplung auf die durchzuführende Wendeschaltung vorzubereiten ist. Während des Zeitraumes wird die zuzuschaltende Wendekupplung, wenn diese hydraulisch betätigt wird, solange mit Hydraulikfluid befüllt, bis sie in einen Drehmoment übertragenden Betriebszustand überführt ist. Dieser Zeitraum für die Kupplungsbefüllung ist beispielsweise mittels einer sogenannten Kupplungskalibrierung oder durch Adaption bestimmbar, womit der Zeitraum für die Befüllung der jeweils zuzuschaltenden Wendekupplung kupplungsindividuell bestimmt wird.
Dabei besteht die Möglichkeit, den Zeitraum fest anzunehmen und während der Reversierung nicht erneut zu bestimmen.
Wird die Übersetzung im Bereich des Variators in Abhängigkeit des angeforderten Soll-Gradienten des Soll-Verlaufes der Drehzahl der Getriebeausgangswelle vor der Wendeschaltung zur Reduzierung der Drehzahl der Getriebeausgangswelle in Richtung Null verstellt, während der Wendeschaltung konstant gehalten und nach Beendigung der Wendeschaltung zur Erhöhung der Drehzahl der Getriebeausgangswelle in Richtung der nach dem Fahrtrichtungswechsel einzustellenden Fahrzeuggeschwindigkeit verändert, sind die während der Wendeschaltung im Bereich der zuzuschaltenden Wendekupplung auftretenden Belastungen im erforderlichen Umfang begrenzt und die Wendeschaltung selbst ist mit geringem Steuer- und Regelaufwand bei gleichzeitig hohem Fahrkomfort durchführbar.
Dies resultiert aus der Tatsache, dass durch Verändern der Übersetzung des Variators die Drehzahl der Getriebeausgangswelle sowie eines damit wirkverbundenen Abtriebs einer mit dem Getriebe ausgeführten mobilen Arbeitsmaschine in Richtung Null verzögert wird. Dass während der Wendeschaltung die Übersetzung des Variators im Wesentlichen konstant gehalten wird, ermöglicht die Betätigung der zuzuschaltenden Wendekupplung und die Wendeschaltung mit geringem Steuer- und Regelaufwand durchzuführen. Dabei wird die weitere Verzögerung des Getriebeabtriebs bzw. die weitere Reduzierung der Drehzahl der Getriebeausgangswelle während der Wendeschaltung selbst durch die Erhöhung der Übertragungsfähigkeit der zuzuschaltenden Wendekupplung realisiert.
Bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die abzuschaltende Wendekupplung in geöffneten Betriebszustand überführt, sobald die Übertragungsfähigkeit im Bereich der zuzuschaltenden Wendekupplung ansteigt, womit während der Wendeschaltung lediglich die zuzuschaltende Wendekupplung schlupfend betrieben wird.
Die Beendigung der Wendeschaltung wird bei einer weiteren mit geringem Aufwand durchführbaren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt, wenn die Differenzdrehzahl zwischen den Schaltelementhälften der zuzuschaltenden Wendekupplung kleiner als ein Schwellwert ist, der beispielsweise gleich Null sein kann.
Ist der Schwellwert der Differenzdrehzahl zwischen den Schaltelementhälften der zuzuschaltenden Wendekupplung größer Null, erfolgt ein Übergang am Ende der Wendeschaltung in Richtung der Wiederbeschleunigung des Fahrzeuges in die neue Fahrtrichtung in einem einen hohen Fahrkomfort gewährleistenden Umfang, wobei die Übersetzung des Variators nach Beendigung der Wendeschaltung wieder in dem für die Beschleunigung des Fahrzeuges erforderlichen Umfang verändert wird.
Um ein Fahrzeug mit hoher Spontanität betreiben zu können, ist der Soll-Gradient des Soll-Verlaufs der Drehzahl der Getriebeausgangswelle vor und nach der Wendeschaltung fahrerseitig veränderbar.
Ein Fahrzeug ist ebenfalls mit hoher Spontanität betreibbar, wenn bei Vorliegen einer Anforderung für einen Abbruch der Wendeschaltung die abzuschaltende Wendekupplung in den geschlossenen Betriebszustand überführt oder gehalten wird und die zuzuschaltende Wendekupplung in geöffnetem Betriebszustand belassen oder in diesen überführt wird.
Wird die vor dem Beginn der Wendeschaltung zur Durchführung der Wendeschaltung festgelegte Vorgehensweise während der Wendeschaltung unverändert durchgeführt, ist ein Fahrzeug mit hohem Fahrkomfort betreibbar, da während der Wendeschaltung ergehende fahrerseitige oder systemseitige Anforderungen nur in einem einen Fahrkomfort beeinträchtigenden Umfang mit vertretbarem Aufwand umsetzbar sind.
Die Übersetzung des Variators wird bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens während eines Betriebszustandsverlaufes, zu dem die Übersetzung des Variators einen mit einer Drehzahl der Getriebeeingangswelle gleich Null korrespondierenden Wert vor Erreichen eines definierten Betriebszustandes der zuzuschaltenden Wendekupplung aufweist, zu dem die Drehzahl der Getriebeeingangswelle durch die zuzuschaltende Wendekupplung in Richtung der nach dem Fahrtrichtungswechsel einzustellenden Fahrzeuggeschwindigkeit führbar ist, solange auf dem Wert, der mit der Drehzahl der Getriebeeingangswelle gleich Null korrespondiert, gehalten, bis die zuzuschaltende Wendekupplung den definierten Betriebszustand erreicht. Mit dieser Vorgehensweise wird bei Reversieranforderungen zu einem Zeitpunkt, zu dem der Variator bereits seine Nulllage erreicht hat, bevor die zuzuschaltende Wendekupplung die Zieldynamik liefern kann, mit geringem Aufwand verhindert, dass eine mit dem Getriebe ausgeführte mobile Arbeitsmaschine bei Vorliegen einer Reversieranforderung beispielsweise während der Arbeit im Haufwerk unerwünscht in die zum Zeitpunkt der Anforderung für den Fahrtrichtungswechsel vorliegende Fahrtrichtung weiterzieht.
Wird die Übersetzung des Variators zur Umsetzung des angeforderten Soll-Gradienten des Soll-Verlaufs der Drehzahl der Getriebeausgangswelle sofort variiert, wenn die zuzuschaltende Wendekupplung den definierten Betriebszustand aufweist, ist ein angeforderter Fahrtrichtungswechsel während eines solchen Betriebszustandsverlaufes mit möglichst geringer zeitlicher Verzögerung durchführbar.
Bei Erkennen eines im Bereich der Getriebeausgangswelle anliegenden Drehmomentes, das einer Darstellung des während der Durchführung des fahrerseitig angeforderten Fahrtrichtungswechsels einzustellenden Soll-Gradienten des Soll-Verlaufes der Drehzahl der Getriebeausgangswelle entgegenwirkt, wird der angeforderte Soll-Gradient bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens an den aktuellen Betriebszustand des Getriebes angepasst und die damit korrespondierenden Zeitpunkte werden entsprechend zeitlich nach vorne oder nach hinten verschoben.
Hierdurch wird während Betriebszustandsverläufen eines mit dem Getriebe ausgeführten Fahrzeuges, während welchen externe Einflüsse es nicht erlauben, die vom Fahrer gewünschte Soll-Dynamik voll umzusetzen, versucht, einen angeforderten Fahrtrichtungswechsel mit einer weitestgehend der angeforderten Soll-Dynamik entsprechenden Dynamik durchzuführen, ohne dabei die Wendekupplungen unzulässig zu belasten.
Eine solche Dynamikanpassung bewirkt eine erneute Bestimmung des Zeitpunkts des Nulldurchgangs der Getriebeausgangswelle, des davon abhängigen weiteren Zeitpunktes, des wiederum davon abhängigen zusätzlichen Zeitpunktes sowie des Zeitpunktes, zu dem die Wendeschaltung beendet ist. Die Bestimmung des Zeitpunkts des Nulldurchgangs der Getriebeeingangswelle wird während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens somit kontinuierlich verbessert.
Ermöglichen die externen Einflüsse wiederum eine Anpassung der Dynamik in Richtung der vom Fahrer gewünschten Soll-Dynamik, werden auch der Zeitpunkt des Nulldurchgangs der Getriebeeingangswelle sowie die davon abhängigen weiteren Zeitpunkte entsprechend angepasst.
Typische externe Einflüsse, die eine solche Dynamikanpassung erforderlich machen, sind beispielsweise die Einfahrt eines mit dem Getriebe ausgeführten Fahrzeuges bzw. einer mobilen Arbeitsmaschine in einen Hang, wobei bei einer Bergauffahrt die am Abtrieb und damit im Bereich der Getriebeausgangswelle anliegende Last beim Reversieren sich verringert und die umsetzbare Dynamik ansteigt. Wird nach Anforderung eines Fahrtrichtungswechsels und der Festlegung der den Fahrtrichtungswechsel charakterisierenden Soll-Dynamik in ein Gefälle eingefahren, steigt beim Reversieren die im Bereich des Getriebeabtriebs bzw. der Getriebeausgangswelle anliegende Last und ein Fahrtrichtungswechsel ist dadurch gegebenenfalls mit einer niedrigeren Dynamik als zuvor festgelegt durchführbar.
Des Weiteren stellen auch Zustandsänderungen des vom Fahrzeug befahrenen Untergrundes, beispielsweise ein Übergang von Schotter auf Morast, und dergleichen, derartige typische externe Einflüsse dar.
Ein Anstieg von im Bereich der Getriebeausgangswelle anliegenden äußeren Lasten ist beispielsweise bei als Hypostate ausgeführten Variatoren mittels Hochdrucksignalen ermittelbar, die im Bereich von Hochdrucksensoren einer Hydraulik generiert werden. Weitere Indikatoren stellen auch die Betriebsgrößen der Antriebsmaschine, wie ein Verlauf einer Motordrehzahl oder ein Verlauf einer Motordrehmomentauslastung, dar, anhand welchen jeweils rechnerisch bestimmbar ist, wie stark die fahrerseitig angeforderte Soll-Dynamik verändert und gegebenenfalls zu begrenzen ist.
Grundsätzlich ist mittels der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ein angeforderter Fahrtrichtungswechsel mit einer gewünscht konstanten Soll-Dynamik durchführbar, was eine Bedienperson beispielsweise während sogenannter Haufwerksarbeiten als angenehm empfindet. Des Weiteren sind mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise Überbelastungen im Bereich der zuzuschaltenden Wendekupplung auf einfache Art und Weise durch die Berücksichtigung einer festen Mindestzeitdauer für die Wendeschaltung vermeidbar, wobei die Mindestzeitdauer unabhängig von der jeweils angeforderten Soll-Dynamik ist.
Aufgrund der geringen Komplexität ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise auch in Verbindung mit einer extern eines Getriebesteuergerätes hinterlegten Fahrstrategie mit geringem Aufwand umsetzbar.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Gegenstandes angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstands ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Es zeigt:
1 ein Blockschaltbild eines Fahrzeugantriebsstranges einer mobilen Arbeitsmaschine;
2 eine detailliertere Darstellung des Fahrzeugantriebsstranges gemäß 1;
3 Verläufe eines Schwenkwinkels eines Variators eines Getriebes des Fahrzeugantriebsstranges gemäß 1 bzw. gemäß 2 sowie einen Soll-Verlauf einer Drehzahl einer Getriebeausgangswelle des Getriebes über der Zeit t;
4 ein Flussdiagramm einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
5 eine 3 entsprechende Darstellung während eines Betriebszustandsverlaufes des Fahrzeugantriebsstranges gemäß 1 bzw. gemäß 2, während dem eine Anforderung für einen Fahrtrichtungswechsel erfolgt und gleichzeitig der Variator vor einem möglichen Beginn einer damit einhergehenden Wendeschaltung einen Betriebszustand erreicht, der mit einem Stillstand der Getriebeeingangswelle korrespondiert.
1 zeigt eine Blockschaltbilddarstellung eines Fahrzeugantriebsstranges 1 eines vorzugsweise als mobile Arbeitsmaschine ausgeführten Fahrzeuges mit einer Antriebsmaschine 2, einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe 3 mit sekundärer Kopplung und mit einem Abtrieb 4. Das Getriebe 3 umfasst ein Wendegetriebe 5, ein Planetengetriebe 6, ein Bereichsgetriebe 7 und einen Variator 8, der vorliegend als Hydrostat ausgeführt ist.
2 zeigt eine detailliertere Darstellung eines die in 1 gezeigte Struktur des Fahrzeugantriebsstranges 1 aufweisenden Fahrzeugantriebsstranges 1, wobei aus der Darstellung gemäß 2 hervorgeht, dass das Wendegetriebe 5 mit zwei als reibschlüssige Schaltelemente ausgebildeten Wendekupplungen 5A, 5B ausgeführt ist. Die Antriebsmaschine 2 ist vorliegend als Brennkraftmaschine, vorzugsweise als Dieselbrennkraftmaschine, ausgeführt und kann bei weiteren Ausführungsformen des Fahrzeugantriebsstranges 1 auch als elektrische Maschine oder als eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine beliebiger Bauart und einer elektrischen Maschine ausgebildet sein.
Die Wendekupplungen 5A und 5B des Wendegetriebes 5 sind jeweils als Fahrtrichtungskupplungen ausgeführt. Dabei wird eine Antriebsdrehbewegung der Antriebseinrichtung 2 bei geschlossenem reibschlüssigen Schaltelement 5A mit einer derartigen Drehrichtung in das Getriebe 3 eingeleitet, dass ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführtes Fahrzeug in Vorwärtsfahrtrichtung angetrieben wird. Ist dagegen das reibschlüssige Schaltelement 5B geschlossen und gleichzeitig das reibschlüssige Schaltelement 5A geöffnet, wird die Antriebsdrehbewegung der Antriebseinrichtung 2 mit einer entgegengesetzten Drehrichtung in das Getriebe 3 eingeleitet und ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführtes Fahrzeug in Rückwärtsfahrtrichtung betrieben.
Eine Welle 50 des Getriebes 3 ist mit dem Abtrieb 4 des Fahrzeugantriebsstranges 1 wirkverbunden, über den eine antreibbare Fahrzeugachse 9 mit Drehmoment beaufschlagbar ist. Im Bereich des stufenlos leistungsverzweigten Getriebes 3 sind durch Zu- und Abschalten verschiedener mechanischer Leistungspfade im Getriebe 3 mehrere Übersetzungsbereiche darstellbar, innerhalb welchen wiederum die Übersetzung des Getriebes 3 durch Verstellen der Hubvolumina von Hydraulikmaschinen 23, 28 des hydraulischen Variators 8 eines hydraulischen Leistungspfades des Getriebes 3 stufenlos veränderbar ist.
Ein Kraftfluss zwischen der Antriebseinrichtung 2 und dem Abtrieb 4 ist im Bereich des reibschlüssigem Schaltelementes 5A oder des reibschlüssigem Schaltelementes 5B durch entsprechendes Einstellen der Übertragungsfähigkeit der Schaltelemente 5A, 5B herstellbar. Auch die Kupplung 29 oder die Kupplung 34 muss geschlossen sein, um einen Kraftfluss von Antrieb zum Abtrieb zu erhalten. Bei Vorliegen einer Anforderung zum Anfahren wird im Bereich des Getriebes 3 eine Anfahrübersetzung eingestellt und ein Antriebsmoment ausgehend von der Antriebseinrichtung 2 in entsprechend gewandelter Form in Richtung des Abtriebs 4 bzw. der antreibbaren Fahrzeugachse 9 über das Getriebe 3 weitergeleitet, sobald der Kraftfluss zumindest teilweise hergestellt ist.
Eine Getriebeeingangswelle 10 des Getriebes 3 ist mit der Antriebseinrichtung 2 drehfest verbunden. Die Getriebeeingangswelle 10 treibt über ein Festrad 11 und ein Festrad 12 einen Nebenabtrieb 13 und erste Schaltelementhälften der reibschlüssigen Schaltelemente 5A und 5B an. Das reibschlüssige Schaltelement 5A ist koaxial zur Getriebeeingangswelle 10 angeordnet, während das reibschlüssige Schaltelement 5B bzw. die Fahrtrichtungskupplung für Rückwärtsfahrt auf der koaxial zur Getriebeeingangswelle 10 angeordneten Welle eines Nebenabtriebs 13 positioniert ist. In geschlossenem Betriebszustand des reibschlüssigen Schaltelementes 5A bzw. der Fahrtrichtungskupplung für Vorwärtsfahrt treibt die Getriebeeingangswelle 10 über ein Losrad 14, das auf der Getriebeeingangswelle 10 drehbar angeordnet ist, ein Losrad 15 an, welches mit einem Planetenträger 16 des eine Leistungsverzweigungseinheit darstellenden Planetengetriebes 6 drehfest gekoppelt ist. In geschlossenem Betriebszustand des reibschlüssigen Schaltelementes 5B treibt die Getriebeeingangswelle 10 über ein Losrad 17 das Losrad 15 an.
Auf dem Planetenträger 16 sind mehrere Doppelplanetenräder 18 drehbar gelagert. Die Doppelplanetenräder 18 stehen mit einem ersten Sonnenrad 19 und einem zweiten Sonnenrad 20 sowie einem Hohlrad 21 in Eingriff. Das erste Sonnenrad 19 ist mit einer Welle 22 einer ersten Hydraulikmaschine 23 eines Variators 8 drehfest verbunden. Das Hohlrad 21 ist über ein Festrad 25 und ein Festrad 26 mit einer Welle 27 der zweiten Hydraulikmaschine 28 des Variators bzw. der Hydrostateinheit 8 wirkverbunden.
Die Welle 50 des Getriebes 3 ist über ein koaxial zur Welle 50 angeordnetes reibschlüssiges Schaltelement 29 für den ersten Übersetzungsbereich des Getriebes 3, ein Losrad 30 und ein Festrad 31 mit der zweiten Welle 27 des Variators 8 bzw. der Hydrostateinheit verbindbar, wobei die letztbeschriebene Räderkette mit dem Festrad 26 und dem damit kämmenden Festrad 25 sowie dem Hohlrad 21 den ersten mechanischen Leistungspfad im Getriebe darstellt und Teil des Bereichsgetriebes 7 ist. Des Weiteren ist die Welle 50 über ein Festrad 32, ein Festrad 33 und ein weiteres reibschlüssiges Schaltelement 34 bzw. eine Bereichskupplung des Bereichsgetriebes 7 für den zweiten Übersetzungsbereich des Getriebes 3 sowie ein Losrad 35 und ein Festrad 36 mit dem zweiten Sonnenrad 20 koppelbar, wobei diese Räderkette dem zweiten mechanischen Leistungspfad des Getriebes 3 entspricht.
Das Festrad 36 ist koaxial zum zweiten Sonnenrad 20 angeordnet, während das Festrad 33, das reibschlüssige Schaltelement 34 für den zweiten Fahrbereich und das Losrad 35 koaxial zueinander angeordnet sind. Das Festrad 32, das reibschlüssige Schaltelement 29 für den ersten Fahrbereich und das Losrad 30 sind wiederum koaxial zur Welle 50 vorgesehen. Zusätzlich kämmt das Festrad 32 sowohl mit dem Festrad 33 als auch mit einem Festrad 36A einer Getriebeausgangswelle 37, die wiederum mit der antreibbaren Fahrzeugachse 51 bzw. mit mehreren antreibbaren Fahrzeugachsen 51 des Fahrzeugantriebsstranges 1 verbindbar ist.
Die Fahrtrichtungskupplungen 5A und 5B sind vorliegend als nasse Kupplungen ausgeführt, die nicht nur zum Herstellen des Kraftflusses zwischen der Antriebseinrichtung 2 und dem Abtrieb 4 vorgesehen sind, sondern gleichzeitig in vorbeschriebenem Umfang auch die Fahrtrichtung bestimmen. Entsprechend ihrer kapazitiven Auslegung sind die reibschlüssigen Schaltelemente 5A und 5B des Fahrzeugantriebsstranges 1 gemäß 2 auch als Anfahrelemente nutzbar. Dies ist dann der Fall, wenn von einem Fahrer ausgehend von einem Neutralbetriebszustand des Getriebes 3, zu dem die Bereichskupplungen bzw. die Schaltelemente 29 und 34 geöffnet sind, eine Fahrtrichtung eingelegt und gleichzeitig ein Gaspedal zur Abgabe eines Geschwindigkeitswunsches betätigt wird. Die reibschlüssigen Schaltelemente 5A und 5B sind vorliegend derart ausgelegt, dass über sie auch ein Fahrtrichtungswechsel bzw. ein sogenannter Reversiervorgang ausgehend von höheren Fahrgeschwindigkeiten in Vorwärts- und Rückwärtsfahrtrichtung möglich ist.
Grundsätzlich wird bei dem in 2 dargestellten Getriebe 3 ein Drehmoment der Antriebsmaschine 2 über die Leistungsverzweigungseinheit bzw. das Planetengetriebe 6 zum Teil über den aktuell zur Darstellung des eingelegten ersten oder zweiten Übersetzungsbereiches zugeschalteten mechanischen Leistungspfad des Bereichsgetriebes 7 und zum anderen Teil über den hydraulischen Leistungspfad des Getriebes 3 in Richtung des Abtriebs 4 geführt. Dabei umfasst der hydraulische Leistungspfad das erste Sonnenrad 19, die erste Welle 22 des Variators 8, den Variator 8 und die zweite Welle 27 des Variators 8.
Um einen Anfahrvorgang ausgehend von einem Fahrzeugstillstand und dem Neutralbetriebszustand des Getriebes 3 innerhalb kurzer Betriebszeiten und im Wesentlichen verzögerungsfrei darstellen zu können, wird das Schaltelement 29 bzw. die Bereichskupplung des ersten Übersetzungsbereiches des Getriebes 3 geschlossen und zusätzlich das Schaltelement 5A oder das Schaltelement 5B in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Fahrerwunsches für Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt in seinen geschlossenen Betriebszustand überführt. Während dem Zuschalten des Schaltelementes 29 und des Schaltelementes 5A oder 5B werden die Hydraulikmaschinen 23 und 28 über ein verstellbares Joch 38 derart verstellt, dass im Bereich des Getriebes 3 die gewünschte Anfahrübersetzung eingestellt ist. Dabei wird die Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes 5A oder 5B während dem Einstellen der Anfahrübersetzung des Getriebes 3 auf Werte größer als null eingestellt, um ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 gemäß 2 ausgeführtes Fahrzeug bereits während des Schließvorganges des reibschlüssigen Schaltelementes 5A oder 5B anfahren zu können.
Während eines solchen Anfahrvorganges des Fahrzeugantriebsstranges 1 befindet sich dieser im Zugbetrieb, zu dem die erste Hydraulikmaschine 23 als Pumpe und die zweite Hydraulikmaschine 28 als Motor betrieben werden. Durch eine nachfolgend näher beschriebene Betätigung des Jochs 38 werden Achsen 39, 40 der Hydraulikmaschinen 23 und 28 zum Beschleunigen des mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten Fahrzeuges derart verstellt, dass die Übersetzung des Getriebes 3 verkleinert wird und eine Abtriebsgeschwindigkeit zunimmt. Mit zunehmendem Verschwenkwinkel der Achsen 39 und 40 in Richtung eines maximalen Verschwenkwinkels, der vorliegend etwa 44° ist, und bei anhaltender fahrerseitiger Anforderung für eine weitere Beschleunigung des Fahrzeuges bzw. eine weitere Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit ist für eine weitere stufenlose Veränderung der Übersetzung des Getriebes 3 im Bereich des Getriebes 3 der zweite Übersetzungsbereich einzulegen. Hierfür ist das Schaltelement 29 abzuschalten und das weitere reibschlüssige Schaltelement 34 in seinen geschlossenen Betriebszustand zu überführen. Zu einem definierten Schwenkwinkel der Achsen 39 und 40 befinden sich die reibschlüssigen Schaltelemente 29 und 34 im Wesentlichen gleichzeitig in einem synchronen Betriebszustand, womit der Wechsel zwischen dem ersten Übersetzungsbereich und dem zweiten Übersetzungsbereich im Wesentlichen zugkraftunterbrechungsfrei darstellbar ist.
Ist in dem Getriebe 3 der zweite Übersetzungsbereich eingelegt, zu dem das reibschlüssige Schaltelement 34 geschlossen und das reibschlüssige Schaltelement 29 geöffnet ist, wird die erste Hydraulikmaschine 23 als Motor und die zweite Hydraulikmaschine 28 als Pumpe betrieben. Die beiden Achsen 39 und 40 der Hydraulikmaschinen 23 und 28 werden über das Joch 38 gemeinsam ausgehend von der aktuellen Schwenklage, d. h. dem maximalen Schwenkwinkel, zurück in Richtung der Ausgangslage zu Beginn des Anfahrvorganges zurückverschwenkt, wobei durch die Verschwenkung der Hydrostateinheit 34 der komplette Übersetzungsbereich des zweiten Übersetzungsbereiches durchfahren wird. Dies führt dazu, dass die Geschwindigkeit des mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten Fahrzeuges weiter ansteigt, bis die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht wird.
Während eines fahrerseitig angeforderten Reversiervorganges bzw. eines angeforderten Fahrtrichtungswechsels wird eine Fahrzeuggeschwindigkeit ab dem Zeitpunkt T_FNR der Anforderung in der nachfolgend zu 3 bis 5 jeweils näher beschriebenen Art und Weise zunächst ausgehend von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit durch Verstellen des Variators bzw. der Übersetzung des Variators 8 und entsprechendes Betätigen der Wendekupplungen 5A und 5B in Richtung null abgesenkt. Neben der Betätigung des Variators 8 wird hierfür auch die Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes 5A sowie die Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes 5B in entsprechendem Umfang eingestellt.
Wie oben bereits näher beschrieben, wird durch Schließen einer der Wendekupplungen 5A oder 5B sowie einer der Bereichskupplungen 29 bzw. 34 im Bereich des Getriebes 3 der Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine 2 und dem Abtrieb 4 geschlossen. Um ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführtes Fahrzeug in Vorwärts- oder Rückwärtsfahrtrichtung betreiben zu können, ist der Variator 8 zu verschwenken. Zu diesem Zweck wird der Schwenkwinkel phi im Bereich der als Axialkolbenmaschine ausgeführten und als Pumpe betriebenen Hydraulikmaschine 23 oder 28 vergrößert. Dies hat zur Folge, dass der von der als Pumpe betriebenen Hydraulikmaschine 23 bzw. 28 vermehrt geförderte Ölfluss von der jeweils anderen motorisch betriebenen Hydraulikmaschine 28 oder 23 aufzunehmen ist. Die Abnahme des von der Pumpe 23 oder 28 geförderten Hydraulikfluids setzt eine mit dem Abtrieb 4 bzw. der Getriebeausgangswelle 37 über das Bereichsgetriebe 7 verbundene Welle 9 in Bewegung, wodurch sich der Abtrieb 4 in Bewegung setzt. Damit wird das Fahrzeug bei einem Ausschwenken der Hydrostatpumpe 23 oder 28 sozusagen beschleunigt, während das Fahrzeug verzögert wird, wenn das Fördervolumen der Hydrostatpumpe 23 oder 28 reduziert wird. Im letztgenannten Fall spricht man von einem Abbremsen des Fahrzeugs während eines Rückschwenkens der Hydrostatpumpe 23 oder 28.
Grundsätzlich ist ein Fahrzeug während der Durchführung eines Fahrtrichtungswechsels durch entsprechendes Verzögern zunächst von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit in den Fahrzeugstillstand zu überführen. Während dieser Verzögerung des Fahrzeuges wird der Schwenkwinkel phi des Variators 8 bzw. der Hydrostatpumpe 23 oder 28 kontinuierlich in der in 3 dargestellten Art und Weise ab dem Zeitpunkt T_FNR verringert. Anschließend wird die zuzuschaltende Wendekupplung 5A oder 5B bzw. deren Übertragungsfähigkeit ab einem Zeitpunkt T_WS angehoben und die abzuschaltende Wendekupplung 5B oder 5A geöffnet. Ab dem Zeitpunkt T_null, der dem Zeitpunkt des Nulldurchgangs der Drehzahl n_37 der Getriebeausgangswelle 37 entspricht, wird das mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführte Fahrzeug in die fahrerseitig angeforderte neue Fahrtrichtung beschleunigt, wobei hierfür der Schwenkwinkel phi der Hydrostatpumpe 23 oder 28 des Variators 8 ab einem Zeitpunkt T_End in dem in 3 dargestellten Umfang wieder angehoben wird, bis die einzustellende Fahrzeuggeschwindigkeit in Vorwärts- oder Rückwärtsfahrtrichtung erreicht ist.
Während der Durchführung der Wendeschaltung zwischen den Zeitpunkten T_WS und T_End wird lediglich die zuzuschaltende Wendekupplung 5A oder 5B schlupfend betrieben. Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit im Wesentlichen gleich Null, wird die Übertragungsfähigkeit der zuzuschaltenden Wendekupplung 5A oder 5B derart eingestellt, dass das Fahrzeug entgegen der zuvor betriebenen Fahrtrichtung in entgegengesetzter Fahrtrichtung angefahren wird, bis die angeforderte Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht wird, wobei hierfür zusätzlich ab dem Zeitpunkt T_End der Schwenkwinkel phi der Hydrostatpumpe 23 oder 28 angehoben wird.
Im Betrieb des Fahrzeugantriebsstranges 1 wird kontinuierlich überwacht, ob ein Fahrer einen Fahrtrichtungswechsel und eine damit einhergehende Wendeschaltung anfordert. Aufgrund der Anforderung zum Zeitpunkt T_FNR wird vorliegend in Abhängigkeit der aktuell vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit zum Zeitpunkt T_FNR und einer vom Fahrer angeforderten Soll-Dynamik der Zeitpunkt T_null bestimmt. Unter der Soll-Dynamik wird die Wunschverzögerung des Fahrzeuges verstanden, aus der sich ein Soll-Gradient des in 3 dargestellten Soll-Verlaufs n_37_soll nach dem Zeitpunkt T_FNR ergibt.
Der Fahrer kann die Soll-Dynamik in Abhängigkeit der Ausstattung eines Fahrzeuges über ein Bedienelement, wie einen Drehschalter, ein Poti, eine Displayauswahl oder dergleichen auswählen, wobei der Zeitpunkt T_null des Nulldurchgangs der Drehzahl der Getriebeausgangswelle 37 bei hoher Soll-Dynamik näher an dem Zeitpunkt T_FNR liegt als bei einer niedrigeren Wunschdynamik.
Zusätzlich wird nach erkannter Reversieranforderung der Zeitpunkt T_WS ermittelt, ab dem die eigentliche Wendeschaltung im Bereich des Wendegetriebes 5 ausgehend von der Wendekupplung 5A oder 5B in Richtung der Wendekupplung 5B oder 5A durchgeführt werden kann. Der Zeitpunkt T_WS wird zum einen in Abhängigkeit der angeforderten Soll-Dynamik der Reversierung und zum anderen in Abhängigkeit einer Mindestzeitdauer oder einer Maximalzeitdauer ermittelt, die für eine Wendeschaltung erforderlich ist, um die Wendekupplungen 5A bzw. 5B energetisch nicht zu überlasten. Zusätzlich wird der Zeitpunkt T_WS in Abhängigkeit einer im Bereich der Wendekupplungen 5A bzw. 5B maximal abbaubaren Energie ermittelt, die einerseits so gering ist, dass thermische Überlastungen im Bereich der Wendekupplungen 5A und 5B vermieden werden und andererseits ausreichend hoch ist, um das Fahrzeug in gewünschtem Umfang zu verzögern sowie die internen Drehmassen des Getriebes 3 zunächst abzubremsen und anschließend in die dazu entgegen gerichtete Drehrichtung wieder beschleunigen zu können. Die wesentliche Grundlage für die Bestimmung des Zeitpunkts T_WS stellt jedoch die Verzögerung des Fahrzeuges dar.
Des Weiteren ergibt sich aus der Verzögerung des Fahrzeuges und der Mindestzeitdauer für die Wendeschaltung wiederum ein spätest möglicher Zeitpunkt, zu dem die zuzuschaltende Wendekupplung 5A oder 5B in den zugeschalteten Betriebszustand zu überführen ist.
Vor der Durchführung der Wendeschaltung wird ab einem zusätzlichen Zeitpunkt T_Prep, der vor dem Zeitpunkt T_MomAufb liegt, die zuzuschaltende Wendekupplung 5A bzw. 5B für die Zuschaltung vorbereitet. Die Wendekupplung 5A bzw. 5B wird während des zwischen den Zeitpunkten T_Prep und T_ MomAufb liegenden Zeitraumes mit Hydraulikfluid befüllt, bis die zuzuschaltende Wendekupplung 5A bzw. 5B in einen Betriebszustand überführt ist, zu dem die Übertragungsfähigkeit der zuzuschaltenden Wendekupplung 5A bzw. 5B im Wesentlichen gleich Null ist und ein weiteres Anheben der durch die Befüllung mit Hydraulikfluid ansteigenden Betätigungskraft der zuzuschaltenden Wendekupplung 5A bzw. 5B einen sofortigen Anstieg der Übertragungsfähigkeit zur Folge hat. Die Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten T_Prep und T_WS oder T_MomAufb ist beispielsweise während einer Kupplungskalibrierung ermittelbar. Die Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten T_Prep und T_ MomAufb für die Befüllung der zuzuschaltenden Wendekupplung 5A bzw. 5B wird somit kupplungsindividuell bestimmt und zusätzlich als fest angenommen und während eines Reversiervorganges nicht neu bestimmt. In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Zeitdauer über der Lebensdauer des Getriebes 3 zu adaptieren. Anschließend wird zwischen T_MomAufb und T_WS entsprechend der Vorsteuerung der Druck in der Wendekupplung 5A bzw. 5B erhöht. Hierdurch wird die Antriebsmaschine 2 vom Schub in den Zug überführt.
Bis zum Zeitpunkt T_WS wird der Schwenkwinkel der Hydrostatpumpe 23 bzw. 28 weiter reduziert, wodurch der Getriebeabtrieb verzögert wird und die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 37 entsprechend dem Soll-Verlauf n_37_soll der Drehzahl der Getriebeausgangswelle weiter absinkt.
Ab dem Zeitpunkt T_WS bis zum Zeitpunkt T_End, d. h. während der Durchführung der Wendeschaltung, wird der Schwenkwinkel phi des Variators 8 und damit das Pumpenfördervolumen der Hydrostatpumpe 23 bzw. 28 konstant gehalten. Die weitere Verzögerung des Getriebeabtriebs bzw. der Drehzahl der Getriebeausgangswelle 37 erfolgt ab dem Zeitpunkt T_WS durch die Erhöhung der Übertragungsfähigkeit der zuzuschaltenden Wendekupplung 5A bzw. 5B. Sobald die Übertragungsfähigkeit der zuzuschaltenden Wendekupplung 5A bzw. 5B ansteigt, wird die abzuschaltende Wendekupplung 5B bzw. 5A geöffnet. Die zuzuschaltende Wendekupplung 5A bzw. 5B wird geregelt geschlossen, wobei die Regelgröße die Differenzdrehzahl zwischen Schaltelementhälften der zuzuschaltenden Wendekupplung 5A bzw. 5B ist. Damit schlupft während der Wendeschaltung zwischen den Zeitpunkten T_WS und T_End lediglich die zuzuschaltende Wendekupplung 5A bzw. 5B.
Vorliegend wird das Ende der Wendeschaltung bzw. der Zeitpunkt T_End ermittelt, wenn der Betrag der Differenzdrehzahl im Bereich der zuzuschaltenden Wendekupplung 5A bzw. 5B einen vordefinierten Schwellwert unterschreitet. Dieser Schwellwert ist entweder gleich Null oder betragsmäßig größer Null. Bei einem Betrag des Schwellwertes größer Null verschleift der Übergang zwischen der Wendeschaltung und einer Wiederbeschleunigungsphase des Fahrzeuges, wodurch die Reversierung mit erhöhtem Komfort durchführbar ist.
Ab dem Zeitpunkt T_End, zu dem das Ende der Wendeschaltung erkannt wird, wird der Schwenkwinkel phi der Hydrostatpumpe 23 bzw. 28 wieder erhöht, woraus eine Beschleunigung des Fahrzeuges in die neue Bewegungsrichtung bewirkt wird.
Sowohl bis zum Erreichen des Zeitpunktes T_WS als auch nach dem Zeitpunkt T_End besteht fahrerseitig die Möglichkeit, die Soll-Dynamik des Fahrtrichtungswechsels zu beeinflussen.
Die Fahrstrategie, also die Vorgabe der Soll-Dynamik und das Weiterreichen des Fahrschaltersignals an die Getriebesteuerung ist bei der vorliegend betrachteten Variante bis zum Zeitpunkt T_WS von extern änderbar. Die Strategie hierfür kann entweder in einem externen Steuergerät oder intern im Getriebesteuergerät hinterlegt sein. Ab dem Zeitpunkt T_WS ist vorgesehen, dass der festgelegte Ablauf der Wendeschaltung nicht änderbar ist. Damit wird der Fahrtrichtungswechsel ab dem Zeitpunkt T_WS nach dem festgelegten Ablauf durchgeführt und ist von einer solchen externen Strategie nicht mehr beeinflussbar.
4 zeigt ein Flussdiagramm einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei der Inbetriebnahme des Fahrzeugantriebsstranges 1 wird das Verfahren während eines Funktionsblockes F1 gestartet. Vom Funktionsblock F1 wird zu einem zweiten Funktionsblock F2 verzweigt, während welchem bei ermittelter Anforderung für einen Fahrtrichtungswechsel die Zeitpunkte T_null, T_MomAufb, T_WS und T_Prep bestimmt werden. Während eines auf den zweiten Funktionsblock F2 folgenden dritten Funktionsblockes F3 wird das Fördervolumen der Hydrostatpumpe 23 bzw. 28 durch Verschwenken des Variators 8 reduziert. Daran anschließend wird während eines Prüfschrittes S1 überprüft, ob der aktuelle Zeitpunkt größer oder gleich dem Zeitpunkt T_Prep ist. Bei negativem Prüfergebnis wird vor den dritten Funktionsblock F3 zurückverzweigt, während bei positivem Abfrageergebnis des ersten Prüfschrittes S1 über einen vierten Funktionsblock F4 die Wendeschaltung durch Befüllen der zuzuschaltenden Wendekupplung 5A bzw. 5B in vorbeschriebenem Umfang vorbereitet wird.
Gleichzeitig wird während des auf den Funktionsblock F4 folgenden fünften Funktionsblockes F5 wiederum das Fördervolumen der Hydrostatpumpe 23 bzw. 28 weiter reduziert und während eines zweiten Prüfschrittes S2 überprüft, ob der Zeitpunkt T_WS erreicht ist. Bei negativem Abfrageergebnis des zweiten Prüfschrittes S2 wird vor den fünften Funktionsblock F5 zurückverzweigt, während bei positivem Abfrageergebnis des zweiten Prüfschrittes S2 die Wendeschaltung über einen sechsten Funktionsblock F6 durchgeführt wird. Über einen dem sechsten Funktionsblock F6 folgenden siebten Funktionsblock F7 wird das Fördervolumen der Hydrostatpumpe 23 bzw. 28 konstant gehalten. Mittels eines dritten Prüfschrittes S3 wird überprüft, ob die Wendeschaltung abgeschlossen ist bzw. ob die Differenzdrehzahl im Bereich der zuzuschaltenden Wendekupplung 5A bzw. 5B kleiner als der definierte Schwellwert ist. Bei negativem Abfrageergebnis des dritten Prüfschrittes S3 wird vor den sechsten Funktionsblock F6 zurückverzweigt, während bei positivem Abfrageergebnis des dritten Prüfschrittes S3 zu einem achten Funktionsblock F8 verzweigt und der Schwenkwinkel phi des Variators 8 zum Erhöhen des Fördervolumens der Hydrostatpumpe 23 oder 28 in dem in 3 dargestellten Umfang angehoben wird. Anschließen wird das Verfahren während eines neunten Funktionsblockes F9 beendet.
5 zeigt den Verlauf des Schwenkwinkels phi und den Soll-Verlauf n_37_soll der Drehzahl der Getriebeausgangswelle 37 während eines Betriebszustandsverlaufes des Fahrzeugantriebsstranges 1, während dem eine Anforderung für einen Fahrtrichtungswechsel zu einem Zeitpunkt erfolgt und während dem der Variator 8 bereits in die Nulllage verschwenkt ist, bevor die zuzuschaltende Wendekupplung die für die Durchführung des Fahrtrichtungswechsels erforderliche Zieldynamik liefert. Während eines solchen Betriebszustandsverlaufes und einer dabei ergehenden Anforderung für einen Fahrtrichtungswechsel wird in der in 5 dargestellten Art und Weise zwischen den Zeitpunkten T_null und T_End ein Fahrzeug im Stillstand belassen, bis die zuzuschaltende Wendekupplung 5A oder 5B für die Durchführung der Wendeschaltung vorbereitet ist. Sobald die zuzuschaltenden Wendekupplung 5A bzw. 5B diesen Betriebszustand erreicht hat, wird das Fahrzeug in die angeforderte Fahrtrichtung mit dem vor dem Fahrzeugstillstand vorliegenden Soll-Gradienten des Soll-Verlaufs n_37_soll der Drehzahl der Getriebeausgangswelle 37 beschleunigt und in Richtung der angeforderten Zielgeschwindigkeit geführt.
Eine derart späte Reversieranforderung kann beispielsweise bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten bei gleichzeitig hoch angeforderter Soll-Dynamik durch den Fahrer auftreten.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugantriebsstrang
2: Antriebsmaschine
3: Getriebe
4: Abtrieb
5: Wendegetriebe
5A, 5B: Wendekupplung
6: Planetengetriebe
7: Bereichsgetriebe
8: Variator, Hydrostateinheit
9: antreibbare Fahrzeugachse
10: Getriebeeingangswelle
11: Festrad
12: Festrad
13: Nebenabtrieb
14: Losrad
15: Losrad
16: Planetenträger
17: Losrad
18: Doppelplanetenräder
19: erstes Sonnenrad
20: zweites Sonnenrad
21: Hohlrad
22: Welle
23: erste Hydraulikmaschine
25: Festrad
26: Festrad
27: Welle
28: zweite Hydraulikmaschine
29: reibschlüssiges Schaltelement
30: Losrad
31: Festrad
32: Festrad
33: Festrad
34: reibschlüssiges Schaltelement
35: Losrad
36: Festrad
36A: Festrad
37: Getriebeausgangswelle
38: verstellbares Joch
39, 40: Achse
50: Welle
F1 bis F9: Funktionsblock
n_37_soll: Soll-Verlauf der Drehzahl der Getriebeausgangswelle
phi: Schwenkwinkel des Variators
S1 bis S3: Prüfschritt
T_FNR: diskreter Zeitpunkt
T_Prep: diskreter Zeitpunkt
T_WS: diskreter Zeitpunkt
T_null: diskreter Zeitpunkt
T_End: diskreter Zeitpunkt
T_MomAufb: diskreter Zeitpunkt des Drehmomentaufbaus
t: Zeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013200392 A1 [0002]
US 8986162 B2 [0004]

Claims

Verfahren zum Betätigen eines stufenlos leistungsverzweigten Getriebes (3) eines Fahrzeuges mit einem Wendegetriebe (5), mit einem Variator (8) und mit einer Getriebeausgangswelle (37) bei Vorliegen einer fahrerseitigen Anforderung für einen Fahrtrichtungswechsel des mit dem Getriebe (3) ausgeführten Fahrzeuges und einer damit einhergehenden Wendeschaltung im Wendegetriebe (5), während der eine in geschlossenem Betriebszustand vorliegende Wendekupplung (5A oder 5B), über die eine Antriebsdrehrichtung einer mit einer Getriebeeingangswelle (37) über das Wendegetriebe (5) in Wirkverbindung bringbaren Antriebsmaschine (2) oder eine hierzu entgegengesetzte Drehrichtung der Getriebeeingangswelle (37) aufprägbar ist, geöffnet wird, während eine geöffnete Wendekupplung (5B oder 5A), über die der Getriebeeingangswelle (37) eine der Antriebsdrehrichtung der Antriebsmaschine (2) entgegengesetzte Drehrichtung oder die Antriebsdrehrichtung der Antriebsmaschine (2) aufprägbar ist, in geschlossenen Betriebszustand überführt wird, und wobei eine Übersetzung des Variators (8) zur Reduzierung einer Drehzahl der Getriebeausgangswelle (37) vor der Wendeschaltung verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der zum Zeitpunkt (T_FNR) der Anforderung für den Fahrtrichtungswechsel vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit sowie in Abhängigkeit eines mit dem Fahrtrichtungswechsel angeforderten Soll-Gradienten des Soll-Verlaufes (n_37_soll) der Drehzahl der Getriebeausgangswelle (37) ausgehend von der zum Zeitpunkt (T_FNR) der Anforderung für den Fahrtrichtungswechsel vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit in Richtung der nach dem Fahrtrichtungswechsel einzustellenden Fahrzeuggeschwindigkeit ein Zeitpunkt (T_null) bestimmt wird, zu dem die Drehzahl der Getriebeausgangswelle (37) gleich null ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des Soll-Gradienten des Soll-Verlaufs (n_37_soll) der Drehzahl der Getriebeausgangswelle (37), in Abhängigkeit eines Zeitraumes, der mindestens zur Durchführung einer Wendeschaltung im Wendegetriebe (5) benötigt wird, und in Abhängigkeit der im Bereich der Wendekupplungen (5A, 5B) zur Reduzierung der Drehzahl der Getriebeausgangswelle (37) in Richtung null maximal abbaubaren Energie ein vor dem Zeitpunkt (T_null), zu dem die Drehzahl der Getriebeausgangswelle (37) gleich null ist, liegender weiterer Zeitpunkt (T_WS) ermittelt wird, ab dem die zuzuschaltende Wendekupplung (5A oder 5B) geregelt in den geschlossenen Zustand überführt und die zugeschaltete Wendekupplung (5B oder 5A) geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zuzuschaltende Wendekupplung (5A oder 5B) in Abhängigkeit einer Differenzdrehzahl zwischen Schaltelementhälften der zuzuschaltenden Wendekupplung (5A oder 5B) geregelt in den geschlossenen Betriebszustand überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend vom weiteren Zeitpunkt (T_WS) und in Abhängigkeit eines Zeitraumes, innerhalb dem die jeweils zuzuschaltende Wendekupplung (5A oder 5B) durch Anlegen einer Betätigungskraft aus einem vollständig geöffneten Betriebszustand in einen Betriebszustand überführbar ist, in dem eine Übertragungsfähigkeit der zuzuschaltenden Wendekupplung (5A oder 5B) wenigstens annähernd gleich null ist und von dem ausgehend eine Erhöhung der Betätigungskraft einen sofortigen Anstieg der Übertragungsfähigkeit der zuzuschaltenden Wendekupplung (5A oder 5B) zur Folge hat, ein um den Zeitraum vor dem weiteren Zeitpunkt liegender zusätzlicher Zeitpunkt (T_Prep) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum für jede der Wendekupplungen (5A, 5B) kupplungsindividuell, vorzugsweise während einer Kupplungskalibrierung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung im Bereich des Variators (8) in Abhängigkeit des angeforderten Soll-Gradienten des Soll-Verlaufes (n_37_soll) der Drehzahl der Getriebeausgangswelle (37) vor der Wendeschaltung zur Reduzierung der Drehzahl der Getriebeausgangswelle (37) in Richtung null verstellt, während der Wendeschaltung konstant gehalten und nach Beendigung der Wendeschaltung zur Erhöhung der Drehzahl der Getriebeausgangswelle (37) in Richtung der nach dem Fahrtrichtungswechsel einzustellenden Fahrzeuggeschwindigkeit verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beendigung der Wendeschaltung dann ermittelt wird, wenn der Betrag der Differenzdrehzahl zwischen den Schaltelementhälften der zuzuschaltenden Wendekupplung (5A oder 5B) kleiner als ein Schwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Schwellwertes der Differenzdrehzahl zwischen den Schaltelementhälften der zuzuschaltenden Wendekupplung (5A oder 5B) größer null ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Gradient des Soll-Verlaufes (n_37_soll) der Drehzahl der Getriebeausgangswelle (37) vor und nach der Wendeschaltung fahrerseitig veränderbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer Anforderung für einen Abbruch der Wendeschaltung die abzuschaltende Wendekupplung (5A oder 5B) in den geschlossenen Betriebszustand überführt oder gehalten wird und die zuzuschaltende Wendekupplung (5B oder 5A) in geöffnetem Betriebszustand belassen oder in diesen überführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die vor dem Beginn der Wendeschaltung zur Durchführung der Wendeschaltung festgelegte Vorgehensweise während der Wendeschaltung unverändert durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung des Variators (8) während eines Betriebszustandsverlaufes, zu dem die Übersetzung des Variators (8) einen mit einer Drehzahl der Getriebeeingangswelle (37) gleich Null korrespondierenden Wert vor Erreichen eines definierten Betriebszustandes der zuzuschaltenden Wendekupplung (5A oder 5B) aufweist, zu dem die Drehzahl der Getriebeeingangswelle (37) durch die zuzuschaltende Wendekupplung (5A oder 5B) in Richtung der nach dem Fahrtrichtungswechsel einzustellenden Fahrzeuggeschwindigkeit führbar ist, solange auf dem Wert, der mit der Drehzahl der Getriebeeingangswelle (37) gleich null korrespondiert, gehalten wird, bis die zuzuschaltende Wendekupplung (5A oder 5B) den definierten Betriebszustand erreicht.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung des Variators zur Umsetzung des angeforderten Soll-Gradienten des Soll-Verlaufes (n_37_soll) der Drehzahl der Getriebeausgangswelle (37) variiert wird, wenn die zuzuschaltende Wendekupplung (5A oder 5B) den definierten Betriebszustand erreicht hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen eines im Bereich der Getriebeausgangswelle (37) anliegenden Drehmomentes, das einer Darstellung des während der Durchführung des fahrerseitig angeforderten Fahrtrichtungswechsels einzustellenden Soll-Gradienten des Soll-Verlaufs (n_37_soll) der Drehzahl der Getriebeausgangsdrehzahl (37) entgegenwirkt, der angeforderte Soll-Gradient an den aktuellen Betriebszustand des Getriebes (3) angepasst und die damit korrespondierenden Zeitpunkte (T_Prep, T_WS, T_MomAufb, T_null, T_End) zeitlich nach vorne oder nach hinten verschoben werden.