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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Reversierung bei einer Arbeitsmaschine. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Steuereinrichtung zum Ausführen des Verfahrens sowie eine Arbeitsmaschine mit einer solchen Steuereinrichtung.
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Eine Arbeitsmaschine ist eine Maschine, die nach ihrer Bauart und ihren besonderen, mit dem Fahrzeug fest verbundenen Einrichtungen zur Verrichtung von Arbeiten, jedoch nicht zur Beförderung von Personen oder Gütern geeignet ist. Beispielsweise sind hierunter Radlader, Baumaschinen und Landmaschinen zu verstehen. In Arbeitsmaschinen kommen in der Regel Getriebe mit hydrodynamischen Drehmomentwandlern oder vollhydrostatische Antriebe zum Einsatz. Eines der Hauptmerkmale beider Antriebe stellt das Reversieren dar. Beim Einleiten eines Fahrtrichtungswechsels durch einen Fahrer soll aus der Fahrt heraus die Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine gewechselt werden, wobei die Arbeitsmaschine ruckfrei und kontinuierlich den Fahrtrichtungswechsel ausführen soll.
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Bei Getrieben mit hydrodynamischen Drehmomentwandlern wird unter anderem in einem Wendegetriebe die Richtungskupplung gewechselt und die vorgeschaltete Turbine des Drehmomentwandlers in ihrer Drehrichtung umgekehrt. Hierzu wird der Druck in der zu schaltenden Wendekupplung moduliert. Die Druckmodulation und die Charakteristik des Drehmomentwandlers bestimmen hierbei die Dynamik und die Güte der Reversierung.
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Bei hydrostatischen Antrieben hingegen wird der Steuerdruck der Fahrpumpe über die Richtungsventile umgeschaltet. Damit wird der Schwenkwinkel der Pumpe reduziert und die Richtung der Ansteuerung invertiert. Zum Beschleunigen wird dann die Pumpe wieder ausgeschwenkt. Im einfachsten Fall wird die Reversierung hierbei über eine Tankbeblendung des Richtungsventils bestimmt. In weiter entwickelten Systemen wird die Reversierung aber auch über ein Proportionalventil moduliert. Damit kann die Güte der Reversierung weiter verbessert werden.
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Neue hydrostatische, leistungsverzweigte, stufenlose Systeme stellen neue Herausforderungen dar. Bei solchen neuen Getrieben erfolgt das Reversieren aus einer Kombination von Übersetzungsverstellung, also Hydrostat, und Kupplungsreversierung. Auf Grund der hohen Stellgeschwindigkeiten der Hydrostateinheit in Kombination mit der Druckmodulation der Wendekupplungen sind hier neue Verfahren erforderlich, um die Anforderungen an Dynamik, insbesondere eine Reversieraggressivität und Reversiergüte, insbesondere Reversierkontinuität, zu erreichen.
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Der Richtungswechsel bzw. die Drehrichtungsumkehr wird in der Regel über ein Bedienelement durch den Fahrer eingeleitet. Danach wird beispielsweise mit einer durch die Fahrstrategie definierten Reversieraggressivität das Fahrzeug verzögert und wieder in die neue Fahrtrichtung beschleunigt. Die Vorgabe der Abtriebsgeschwindigkeit wird hierbei vom Fahrzeugrechner oder vom Getriebesteuergerät ermittelt. Der Fahrkomfort und die Produktivität einer Arbeitsmaschine werden wesentlich durch die Dynamik und die Güte der Reversierung beeinflusst. Daher ist es unumgänglich, dass diese kontinuierlich und mit einer an die Fahrsituation angepassten Dynamik erfolgen.
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Die geforderte Aggressivität kann durch verschiedenste Einflussfaktoren wie z.B. Fahrer, Fahrstrategie, Getriebe, Fahrzeug, Fahrpedal, Motorbremse, Aggressivitätsklassen usw. beeinflusst werden. Beim Fahrer erfolgt die Beeinflussung hauptsächlich durch die Bedienung, z.B. Fahrschalter, Fahrpedal, Bremse, Aggressivitätseinstellungen, etc. Die Beeinflussung der Fahrstrategie erfolgt z.B. über den Fahrzeugrechner (VCU) und den Getrieberechner (TCU). Durch die Vielzahl an möglichen Kombinationen entstehen sich ändernde Anforderungen bzw. Soll-Reversieraggressivitäten. Dies führt zwangsläufig zu störenden bis hin zu nicht akzeptablen Unstetigkeiten aufgrund unterschiedlichen Gradienten bei der Abtriebsdrehzahl. Ferner können Anforderungen entstehen, die das Getriebe und/oder die Antriebsmaschine schädigen können.
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Beispielsweise geht aus der
DE 10 2016 205 552 A1 ein Verfahren zur Ansteuerung der Reversierung bei einer Arbeitsmaschine hervor. Zu einem ersten Zeitpunkt wird eine Reversieranforderung erfasst, wobei danach eine Reversierdynamik und die aktuelle Drehzahl ermittelt werden. Basierend auf der Reversierdynamik und der aktuellen Drehzahl wird eine Reversieraggressivität festgelegt. Die Reversieraggressivität wird für eine vorgegebene Änderungszeitspanne zwischen dem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt eingestellt. Bei Erreichen des zweiten Zeitpunkts wird die eingestellte Reversieraggressivität bis zu einer neuen Anforderung zur Reversieraggressivitätsanpassung zu einem dritten Zeitpunkt gehalten, wobei wenn die Zeitspanne zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem dritten Zeitpunkt kleiner als eine vorgegebene Haltezeit ist, die eingestellte Reversieraggressivität gehalten wird, und wenn die Zeitspanne zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem dritten Zeitpunkt gleich oder größer als eine vorgegebene Haltezeit ist, die vorangehenden Verfahrensschritte beginnend mit dem Ermitteln der Reversierdynamik und der aktuellen Drehzahl wiederholt werden. Nach Erfassen der Reversieranforderung erfolgt eine Anpassung der Reversieraggressivität innerhalb einer vorgegebene Änderungszeitspanne, wobei bei Erfassen einer neuen Anforderung zur Reversieraggressivitätsanpassung eine Anpassung der Reversieraggressivität erst erfolgt, nachdem eine vorgegebene Haltezeit eingehalten wurde.
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Die
DE 10 2015 225 530 A1 offenbart ein Verfahren zum Betätigen eines stufenlos leistungsverzweigten Getriebes eines Fahrzeuges mit einem Wendegetriebe, mit einem Variator und mit einer Getriebeausgangswelle. Bei Vorliegen einer fahrerseitigen Anforderung für einen Fahrtrichtungswechsel des mit dem Getriebe ausgeführten Fahrzeuges und einer damit einhergehenden Wendeschaltung im Wendegetriebe wird 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.
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Bei einer bereits eingeleiteten Reversierung kann es durch Änderung der Dynamikanforderung zu Unstetigkeiten bis hin zu Stillstandsreversierungen, insbesondere aufgrund von zu hohen Reversieraggressivitäten oder Überlastungen der Kupplungen, insbesondere aufgrund zu langer Rutschzeitdauern kommen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Steuerung der Reversierung bei einer Arbeitsmaschine weiterzuentwickeln. Insbesondere sollen Dynamikänderungen möglichst vollständig umgesetzt werden und gleichzeitig eine Reversiergüte beibehalten werden können, ohne Stillstandsreversierungen und ohne die Kupplungen zu überlasten.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der davon abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung einer Reversierung bei einer Arbeitsmaschine, wobei eine Änderung einer Reversieraggressivität während einer hydraulischen Aktivität an einer Kupplung, die an einer Fahrtrichtungsänderung beteiligt ist, angefordert wird, umfasst zumindest die Verfahrensschritte: Berechnen einer Zeitdauer bis zu einem Fahrtrichtungswechsel der Arbeitsmaschine, Festlegen eines Grenzwertes für die Reversieraggressivität, wobei dieser Grenzwert in Abhängigkeit der Zeitdauer bis zum Fahrtrichtungswechsel berechnet wird, wobei ferner dieser Grenzwert die angeforderte Änderung der Reversieraggressivität begrenzt, und Einstellen des Grenzwertes für die Reversieraggressivität. Insbesondere ist der eingestellte Grenzwert für die Reversieraggressivität ein minimaler Wert bzw. maximaler Wert, der nicht unterschritten bzw. überschritten wird. Nur eine Reversieraggressivitätsanforderung die größer als der maximale Grenzwert oder kleiner als der minimale Grenzwert ist, wird durch den eingestellten Grenzwert für die Reversieraggressivität ersetzt.
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Durch Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird sichergestellt, dass der Verlauf der Abtriebsdrehzahl kontinuierlich ist und keine Unstetigkeiten aufweist. Unstetigkeiten im Verlauf der Abtriebsdrehzahl nimmt der Fahrer als Ruck wahr. Zur Steigerung des Fahrkomforts ist ein ruckfreier Betrieb der Arbeitsmaschine notwendig. Trotz des kontinuierlichen Verlaufs ist eine Änderung der Reversieraggressivität aufgrund sich veränderter Bedingungen auch nach der ersten Anforderung einer Anpassung der Reversieraggressivität an die neue Situation möglich, sodass ein Fahrerwunsch umgesetzt werden kann, ohne dabei den Schutz des Getriebes und/oder der Antriebsmaschine zu gefährden.
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Unter einer hydraulischen Aktivität an der Kupplung ist zu verstehen, dass ein Druck an der Kupplung durch ein hydraulisches Fluid eingestellt bzw. moduliert wird. Beispielsweise erfolgt durch Bestromung eines hydraulischen Ventils eine Modulierung eines Kupplungsdrucks an der zu schließenden Kupplung, wobei dies zum kontrollierten Schließen der Kupplung führt.
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Vorzugsweise wird die hydraulische Aktivität an einer Wendekupplung der Arbeitsmaschine erfasst. Mit anderen Worten ist die zu schließende Kupplung, deren Druck moduliert wird als Wendekupplung des Getriebes ausgebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Arbeitsmaschine einen Antriebsstrang mit einem leistungsverzweigten Getriebe, einem Wendegetriebe mit einer ersten Wendekupplung für Vorwärtsfahrt und einer zweiten Wendekupplung für Rückwärtsfahrt sowie eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
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Unter einem Fahrtrichtungswechsel der Arbeitsmaschine ist eine Drehrichtungsumkehr im Getriebe der Arbeitsmaschine zu verstehen, wobei die Drehrichtungsumkehr im Getriebe zu einer Drehrichtungsumkehr an einer Abtriebswelle führt, sodass die Arbeitsmaschine entweder von einer Vorwärtsfahrt in eine Rückwärtsfahrt oder von einer Rückwärtsfahrt in eine Vorwärtsfahrt wechselt. Bei beiden Fahrtrichtungswechseln kommt es somit zu einem Nulldurchgang der Abtriebsdrehzahl und zu einem Stillstand der Arbeitsmaschine. Vorteilhafterweise ist dieser Stillstand so kurz wie möglich. Stillstandsreversierungen sind zu vermeiden und durch eine diskontinuierliche Haltephase gekennzeichnet, also einem Stillstand über eine Zeitspanne.
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Die Reversieraggressivität bestimmt die Dynamik der Fahrtrichtungsänderung, wobei je größer die Reversieraggressivität eingestellt wird, umso größer ist die Verzögerung des Fahrzeugs bis zum Fahrtrichtungswechsel. Systembedingt kann es jedoch zu einer Nachstellung der Reversieraggressivität kommen, wenn die eingestellte Reversieraggressivität zu hoch oder zu gering ist. Dieses Nachstellen kann mehrmals erfolgen und äußert sich in einem diskontinuierlichen Verlauf der Abtriebsdrehzahl sowie für den Fahrer spürbaren Rucken.
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Die Erfindung sieht vor, dass eine Erhöhung der Reversieraggressivität während einer hydraulischen Vorbefüllung der Kupplung angefordert wird, wobei eine erste Zeitdauer bis zu einem Abschluss der Vorbefüllung der Kupplung berechnet wird, wobei eine zweite Zeitdauer bis zu einem Abschluss eines Momentenaufbaus an der vorbefüllten Kupplung berechnet wird, wobei ein maximaler Grenzwert für die Reversieraggressivität festgelegt wird, der in Abhängigkeit einer Zeitdauer bis zum Fahrtrichtungswechsel berechnet wird, die sich aus der Summe der ersten und zweiten Zeitdauer sowie der halben Mindestrutschzeitdauer der Kupplung ergibt, wobei dieser maximale Grenzwert für die Reversieraggressivität die angeforderte Erhöhung der Reversieraggressivität begrenzt, und Einstellen des maximalen Grenzwertes für die Reversieraggressivität. Der eingestellte maximale Grenzwert für die Reversieraggressivität verhindert die Umsetzung einer Reversieraggressivitätsanforderung durch den Fahrer, die zu einem diskontinuierlichen Verlauf der Abtriebsdrehzahl führen würde. Sofern die Reversieraggressivitätsanforderung durch den Fahrer kleiner als der eingestellte maximale Grenzwert ist, wird die Reversieraggressivitätsanforderung umgesetzt.
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Unter der Mindestrutschzeitdauer der Kupplung ist eine minimale Rutschzeitdauer der Kupplung zu verstehen, die nicht unterschritten werden darf, um einen fehlerfreien sowie effizienten Betrieb der Kupplung zu ermöglichen, wobei in dieser Mindestrutschzeitdauer der Kupplung auch die Mindestzeitdauer für die Drehrichtungsumkehr der internen Getriebemassen berücksichtigt ist. Im Rutschbetrieb der Kupplung wird die Relativdrehzahl der beiden Kupplungsteile aneinander angeglichen, wobei in einem geschlossenen Zustand der Kupplung eine drehfeste Verbindung zwischen den beiden Kupplungsteilen und den damit verbundenen Wellen besteht, also keine Relativdrehzahl zwischen den beiden Kupplungsteilen mehr vorliegt. Ein Unterschreiten der Mindestrutschzeitdauer der Kupplung kann die Kupplung beschädigen, da die Kupplung bei einer zu hohen Relativdrehzahl geschlossen wird. Die Mindestrutschzeitdauer der Kupplung kann nicht beliebig verkürzt werden, da während der Mindestrutschzeitdauer der Kupplung die Drehrichtung der internen Getriebemassen im Variator umgekehrt werden muss und dies auf eine Mindestzeitdauer begrenzt ist, um die internen Beschleunigungen zu begrenzen und den Variator nicht zu schädigen. Insbesondere führen zu hohe Verzögerungsdynamiken und Beschleunigungsdynamiken zu Komforteinbußen für den Fahrer.
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Unter einer Vorbefüllung der Kupplung ist das Einleiten eines hydraulischen Fluids in die Kupplung zu verstehen. Am Ende einer Vorbefüllung der Kupplung folgt der Momentenaufbau an der Kupplung, also die Einstellung und Modulation eines Kupplungsdruckes zum Schließen der Kupplung der neuen Fahrtrichtung und zur Übertragung eines Drehmoments zwischen den beiden Kupplungsteilen. Eine zu öffnende Kupplung der aktuellen Fahrtrichtung wird am Ende des Momentenaufbaus, also beim Abschluss des Momentenaufbaus an der zu schließenden Kupplung der neuen Fahrtrichtung geöffnet. Ein maximaler Grenzwert für die Reversieraggressivität beschränkt die Reversieraggressivität nach oben, also verhindert eine Überschreitung der Reversieraggressivität zu größeren Werten, sofern die Anforderung des Fahrers dazu führt. Wenn die Anforderung des Fahrers jedoch kleiner als dieser maximale Grenzwert ist, wird keine Änderung an der durch den Fahrer angeforderten Reversieraggressivität vorgenommen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Absenkung der Reversieraggressivität während eines Momentenaufbaus an der Kupplung angefordert, wobei eine Zeitdauer bis zu einem Abschluss des Momentenaufbaus an der Kupplung berechnet wird, wobei ein minimaler Grenzwert für die Reversieraggressivität festgelegt wird, der in Abhängigkeit einer Zeitdauer bis zum Fahrtrichtungswechsel berechnet wird, die sich aus der Summe der Zeitdauer bis zum Abschluss des Momentenaufbaus an der Kupplung sowie der halben Maximalrutschzeitdauer der Kupplung ergibt, wobei dieser minimale Grenzwert für die Reversieraggressivität die angeforderte Absenkung der Reversieraggressivität begrenzt, und Einstellen des minimalen Grenzwertes für die Reversieraggressivität. Der eingestellte minimale Grenzwert für die Reversieraggressivität verhindert die Umsetzung einer Reversieraggressivitätsanforderung durch den Fahrer, die zu einem diskontinuierlichen Verlauf der Abtriebsdrehzahl führen würde. Sofern die Reversieraggressivitätsanforderung durch den Fahrer größer als der eingestellte minimale Grenzwert ist, wird die Reversieraggressivitätsanforderung umgesetzt.
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Unter der Maximalrutschzeitdauer der Kupplung ist eine maximale Rutschzeitdauer der Kupplung zu verstehen, die nicht überschritten werden darf, um einen fehlerfreien sowie effizienten Betrieb der Kupplung zu ermöglichen. Ein Überschreiten der Maximalrutschzeitdauer der Kupplung kann die Kupplung durch erhöhten Verschleiß sowie erhöhter Temperatur beschädigen. Dies führt insbesondere zu kürzeren Wartungsintervallen sowie einer kürzeren Betriebsdauer der Kupplung.
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Ein minimaler Grenzwert für die Reversieraggressivität beschränkt die Reversieraggressivität nach unten, also verhindert eine Unterschreitung der Reversieraggressivität zu kleineren Werten, sofern die Anforderung des Fahrers dazu führt. Wenn die Anforderung des Fahrers jedoch größer als dieser minimale Grenzwert ist, wird keine Änderung an der durch den Fahrer angeforderten Reversieraggressivität vorgenommen.
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Bevorzugt wird zur Berechnung des Grenzwertes für die Reversieraggressivität eine aktuelle Abtriebsdrehzahl der Arbeitsmaschine erfasst, wobei der Quotient aus der aktuellen Abtriebsdrehzahl und der Zeitdauer bis zum Fahrtrichtungswechsel als Gradient für eine Minderung der aktuellen Abtriebsdrehzahl bis zum Fahrtrichtungswechsel verwendet wird. Insbesondere wird die aktuelle, also die Ist-Abtriebsdrehzahl der Arbeitsmaschine mittels Sensoren erfasst. Durch Division der Ist-Abtriebsdrehzahl durch die jeweilige Zeitdauer bis zum Fahrtrichtungswechsel, also entweder durch die minimale Zeitdauer, die nicht unterschritten werden darf, oder durch die maximale Zeitdauer, die nicht überschritten werden darf, wird der Gradient für die Minderung der Ist-Abtriebsdrehzahl berechnet. Eine Verzögerung des Fahrzeugs mit dem errechneten Gradienten führt somit zu einem kontinuierlichen und ruckfreien Verlauf der Abtriebsdrehzahl bis zum Fahrtrichtungswechsel.
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Vorzugsweise wird der Betrag des Gradienten für die Minderung der Abtriebsdrehzahl bis zum Fahrtrichtungswechsel nach dem Fahrtrichtungswechsel auch zur Erhöhung der Abtriebsdrehzahl verwendet. Mit anderen Worten wird die Arbeitsmaschine mit dem gleichen Betrag des Gradienten beschleunigt, wie zuvor verzögert. Dadurch erfährt der Fahrer einen besonders komfortablen Fahrtrichtungswechsel, da der Gradient unabhängig vom Nulldurchlauf der Abtriebsdrehzahl erhalten wird.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt:
- 1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine,
- 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines beispielhaften Verlaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zum Stand der Technik, und
- 3 ein weiteres Diagramm zur Veranschaulichung eines beispielhaften Verlaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zum Stand der Technik.
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1 zeigt eine als Radlader ausgebildete Arbeitsmaschine 1 mit einer an einem Hubgerüst 8 angeordneten Schaufel 9. Die Arbeitsmaschine 1 umfasst einen Antriebsstrang, der ein leistungsverzweigtes Getriebe 2 und einen Variator 7 zur stufenlosen variablen Übersetzung aufweist. Ferner umfasst der Antriebsstrang ein Wendegetriebe 3 mit einer ersten Wendekupplung 4 für Vorwärtsfahrt und einer zweiten Wendekupplung 5 für Rückwärtsfahrt sowie eine Steuereinrichtung 6 zur Steuerung einer Reversierung bei einer Arbeitsmaschine, also zum Reversieren der Fahrtrichtung von Vorwärtsfahrt auf Rückwärtsfahrt und umgekehrt. Mithin ist die Steuereinrichtung 6 zumindest zum Schalten der Wendekupplungen 4, 5, insbesondere zum Befüllen und Entleeren der Wendekupplungen 4, 5 mit einem hydraulischen Fluid, vorliegend mit Öl, eingerichtet. Das Reversieren der Fahrtrichtung wird durchgeführt, wenn dies an der Steuereinrichtung 6 angewählt wird, wobei die Anwahl an der Steuereinrichtung 6 von einem nicht näher dargestellten Fahrer über einen dafür vorgesehenen Fahrtrichtungsschalter erfolgt.
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Ein Antriebsmotor 10 speist über eine Antriebswelle 11 eine Antriebsleistung in das leistungsverzweigte Getriebe 2, wobei die Antriebsleistung über das Wendegetriebe 3 in den Variator 7 eingeleitet wird. Sofern die erste Wendekupplung 4 geschlossen ist, wird eine Antriebsleistung in eine erste Rotationsrichtung in den Variator 7 eingespeist, wobei eine Vorwärtsfahrt der Arbeitsmaschine 1 erfolgt. Wenn die zweite Wendekupplung 5 geschlossen ist, wird eine Antriebsleistung in eine zweite Rotationsrichtung in den Variator 7 eingespeist, wobei eine Rückwärtsfahrt der Arbeitsmaschine 1 erfolgt. Die Arbeitsmaschine 1 weist zwei Antriebsachsen auf, die den jeweiligen Abtrieb 12 darstellen. An den Antriebsachsen der Arbeitsmaschine 1 sind Antriebsräder 13 zum Fahrzeugantrieb angeordnet.
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Die Steuereinrichtung 6 ist über eine erste Leitung 14 signalübertragend mit dem leistungsverzweigten Getriebe 2, insbesondere mit den im Wendegetriebe 3 angeordneten Wendekupplungen 4, 5 signalübertragend verbunden. Ferner ist die Steuereinrichtung 4 über eine zweite Leitung 15 mit einer Sensorvorrichtung 16 der Arbeitsmaschine 1 verbunden. Die Sensorvorrichtung 16 umfasst mehrere Sensoren, beispielsweise Sensoren, die zur Erfassung einer Abtriebsdrehzahl der Arbeitsmaschine 1 eingerichtet sind. Die Steuereinrichtung 6 kann auch mit weiteren Komponenten der Arbeitsmaschine 1, insbesondere des Antriebsstrangs signalübertragend verbunden sein.
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Gemäß 2 sind vier Diagramme in einem gemeinsamen Diagramm zusammengeführt, um das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Reversierung bei der Arbeitsmaschine 1 gemäß 1 zu veranschaulichen und insbesondere vom Stand der Technik abzugrenzen. Auf einer jeweiligen Abszisse der vier Diagramme ist eine Zeit T aufgetragen, wobei alle vier Zeitachsen denselben zeitlichen Verlauf aufweisen. Demgegenüber sind auf einer jeweiligen Ordinate - von unten nach oben - zunächst ein Kupplungsdruck D an den beiden Wendekupplungen darüber eine Reversieraggressivität R, darüber ein Zähler Z und darüber eine Abtriebsdrehzahl A sowie eine Verstellung V des Variators 7 aufgetragen.
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Der Verlauf des Kupplungsdrucks DO der zu öffnenden Wendekupplung ist als Volllinie in dem untersten Diagramm dargestellt, wobei der Verlauf des Kupplungsdrucks DS der zu schließenden Wendekupplung als gestrichelte Linie gezeichnet ist. Vor dem Zeitpunkt T1 ist die zu öffnende Kupplung vollständig geschlossen und an der zu schließenden Kupplung liegt keine hydraulische Aktivität vor.
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Zum Zeitpunkt T1 erfolgt eine Reversieraggressivitätsanforderung von einem Fahrer der Arbeitsmaschine 1. Nach Maßgabe der aktuell geforderten Reversieraggressivität wird mit der Vorbefüllung der zu schließenden Kupplung begonnen, wobei der Kupplungsdruck an der zu schließenden Kupplung ansteigt. Ein Zähler Z, der die Zeit bis zum Fahrtrichtungswechsel angibt, also bis zum Zeitpunkt T4, wird gesetzt. Die Abtriebsdrehzahl der Arbeitsmaschine wird verringert, wobei der Variator zu kleineren Schwenkwinkel verstellt wird. Die Arbeitsmaschine wird zunächst über die Verstellung des Variators verzögert. Der Verlauf für die Verstellung des Variators ist in dem obersten Diagramm gestrichelt gezeichnet.
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Zum Zeitpunkt T2 erfolgt eine Erhöhung der Reversieraggressivität durch den Fahrer. Diese Erhöhung der Reversieraggressivität findet während einer hydraulischen Aktivität an der zu schließenden Wendekupplung statt, die an der Fahrtrichtungsänderung beteiligt ist, nämlich während der Vorbefüllung der zu schließenden Wendekupplung. Demgegenüber ist die zu öffnende Wendekupplung zu diesem Zeitpunkt geschlossen und wird erst zu einem Zeitpunkt T3, nachdem der Momentenaufbau an der zu schließenden Kupplung abgeschlossen wurde, geöffnet.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Systeme und Verfahren stellen die angeforderte neue Reversieraggressivität in der Regel direkt um, was zur Folge hat, dass der Verlauf der Abtriebsdrehzahl diskontinuierlich wird, weil zunächst ein größerer Gradient für die Abtriebsdrehzahl eingestellt wird und danach ein kleinerer Gradient für die Abtriebsdrehzahl eingestellt werden muss, um eine Mindestrutschzeit der zu schließenden Wendekupplung, insbesondere die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt T3 und dem Zeitpunkt T5 nicht zu unterschreiten. Dadurch ergibt sich ein diskontinuierlicher Verlauf beim Zähler gemäß Stand der Technik ZS ebenso wie bei der Abtriebsdrehzahl gemäß Stand der Technik AS. Der Verlauf der Abtriebsdrehzahl für dieses Beispiel gemäß dem Stand der Technik ist durch die Volllinie AS im obersten Diagramm dargestellt. Der Verlauf des Zählers für dieses Beispiel gemäß dem Stand der Technik ist durch die Volllinie ZS im zweiten Diagramm von oben dargestellt.
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Zum Zeitpunkt T2 erfolgt gemäß dem Stand der Technik die Änderung zu einem grö-ßeren Gradienten für die Abtriebsdrehzahl. Zum Zeitpunkt T3 erfolgt gemäß dem Stand der Technik eine weitere Änderung zu einem kleineren Gradienten für die Abtriebsdrehzahl, um die Mindestrutschzeit der zu schließenden Wendekupplung nicht zu unterschreiten. Zum Zeitpunkt T4 erfolgt der Fahrtrichtungswechsel der Arbeitsmaschine, wobei zum Zeitpunkt T4 eine Drehrichtungsänderung im Getriebe erfolgt, und wobei die Abtriebsdrehzahl dann null beträgt. Danach nimmt die Abtriebsdrehzahl wieder zu. In der Regel erfolgt gemäß dem Stand der Technik zum Zeitpunkt T5 eine erneute Gradientenänderung für die Abtriebsdrehzahl zu einem größeren Gradienten, welcher im Bereich der angeforderten Reversieraggressivität liegt. Jede Gradientenänderung ist für den Fahrer durch einen Ruck spürbar und daher zu vermeiden.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird, nachdem eine Erhöhung der Reversieraggressivität während einer hydraulischen Aktivität an der Wendekupplung erfasst wurde, also zum Zeitpunkt T2, eine Zeitdauer bis zu einem Fahrtrichtungswechsel der Arbeitsmaschine berechnet. Dazu wird eine erste Zeitdauer bis zu einem Abschluss der Vorbefüllung der zu schließenden Wendekupplung berechnet. Ferner wird eine zweite Zeitdauer bis zu einem Abschluss eines Momentenaufbaus an der vorbefüllten Wendekupplung berechnet. Aus der Summe der ersten und zweiten Zeitdauer sowie der halben Mindestrutschzeitdauer der zu schließenden Wendekupplung wird die Zeitdauer bis zum Fahrtrichtungswechsel berechnet, die zur Bestimmung des maximalen Grenzwertes für die Reversieraggressivität verwendet wird.
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Des Weiteren wird zur Berechnung des maximalen Grenzwertes für die Reversieraggressivität eine aktuelle Abtriebsdrehzahl der Arbeitsmaschine erfasst, wobei der Quotient aus der aktuellen Abtriebsdrehzahl und der Zeitdauer bis zum Fahrtrichtungswechsel, also bis zum Zeitpunkt T4, als Gradient für die Minderung der aktuellen Abtriebsdrehzahl bis zum Fahrtrichtungswechsel verwendet wird. Der Gradient wird dann verwendet, um näherungsweise eine lineare Funktion zu erstellen, die den aktuellen Wert der Abtriebsdrehzahl zum Zeitpunkt T2 und den anvisierten Nullwert der Abtriebsdrehzahl zum Zeitpunkt T4 umfasst. Die Steigung dieser linearen Funktion ist über die gesamte Zeitspanne von dem Zeitpunkt T2 bis zum Zeitpunkt T4 gleich, nämlich der berechnete Gradient.
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Ferner wird der Betrag des Gradienten für die Minderung der Abtriebsdrehzahl bis zum Fahrtrichtungswechsel, also die Steigung der linearen Funktion nach dem Fahrtrichtungswechsel, auch zur Erhöhung der Abtriebsdrehzahl verwendet, wobei hier lediglich das Vorzeichen der Steigung geändert wird, nicht jedoch der Betrag. Der Verlauf der Abtriebsdrehzahl für dieses erfindungsgemäße Beispiel ist durch die gestrichelte Linie AE im obersten Diagramm dargestellt. Der Verlauf des Zählers für dieses erfindungsgemäße Beispiel ist durch die gestrichelte Linie ZE im zweiten Diagramm von oben dargestellt. Ferner sind im obersten Diagramm auch der Verlauf der Verstellung des Variators gemäß dem Stand der Technik VS und der Verlauf der Verstellung des Variators gemäß der Erfindung VE dargestellt, wobei durch die Begrenzung der maximalen Reversieraggressivität der erfindungsgemäße Verlauf der Verstellung des Variators VE flacher ist, also der Schwenkwinkelbereich des Variators kleiner ist. Die Verläufe VS und VE geben die jeweilige Übersetzungsverstellung des Variators, also des Hydrostaten wieder. In beiden Verläufen VS und VE wird bis zum Zeitpunkt T3 die Verzögerung der Arbeitsmaschine durch die Übersetzungsverstellung des Variators eingestellt. Die Übersetzungsverstellung am Variator wird zwischen dem Zeitpunkt T3 und T5 nicht verändert.
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Aus dem zweiten Diagramm von oben geht hervor, dass der Zählerverlauf ZS bis zum Fahrtrichtungswechsel der Arbeitsmaschine gemäß dem Stand der Technik angepasst wird, da zunächst die angeforderte Erhöhung der Reversieraggressivität umgesetzt wird, wobei sich der Fahrtrichtungswechsel gemäß Zähler zu kürzeren Zeiten verschiebt. Der Verlauf des Zählers ZE bis zum Fahrtrichtungswechsel der Arbeitsmaschine gemäß der Erfindung wird direkt nach Maßgabe der Berechnung der Zeitdauer bis zum Fahrtrichtungswechsel der Arbeitsmaschine eingestellt.
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Aus dem zweiten Diagramm von unten geht hervor, dass der maximale Grenzwert für die Reversieraggressivität Rmax die angeforderte Erhöhung der Reversieraggressivität RA begrenzt, weil der maximale Grenzwert für die Reversieraggressivität Rmax kleiner ist als die vom Fahrer angeforderte Erhöhung der Reversieraggressivität RA. Mit dem eingestellten maximale Grenzwert für die Reversieraggressivität Rmax wird die Arbeitsmaschine verzögert, sodass die vom Fahrer angeforderte Erhöhung der Reversieraggressivität RA nur teilweise erfolgt, beispielsweise werden 85% der angeforderten Erhöhung der Reversieraggressivität eingestellt. Würde die vom Fahrer angeforderte Erhöhung der Reversieraggressivität RA kleiner als der maximale Grenzwert für die Reversieraggressivität Rmax sein, dann würde die vom Fahrer angeforderte Erhöhung der Reversieraggressivität RA vollständig umgesetzt werden. Mithin erfolgt die Begrenzung der vom Fahrer angeforderte Erhöhung der Reversieraggressivität RA derart, dass stets ein kontinuierlicher Verlauf der Abtriebsdrehzahl eingestellt werden kann.
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Gemäß 3 sind vier Diagramme in einem gemeinsamen Diagramm zusammengeführt, um ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung einer Reversierung bei der Arbeitsmaschine 1 gemäß 1 zu veranschaulichen und insbesondere vom Stand der Technik abzugrenzen. Auf einer jeweiligen Abszisse der vier Diagramme ist eine Zeit T aufgetragen, wobei alle vier Zeitachsen denselben zeitlichen Verlauf aufweisen. Demgegenüber sind auf einer jeweiligen Ordinate - von unten nach oben - zunächst ein Kupplungsdruck D an den beiden Wendekupplungen darüber eine Reversieraggressivität R, darüber ein Zähler Z und darüber eine Abtriebsdrehzahl A sowie eine Verstellung V des Variators aufgetragen. Mithin entsprechen die Diagramme gemäß 3 den Diagrammen gemäß 2. Daher wird auf die Erklärung zu 2 Bezug genommen.
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Zum Zeitpunkt T0 erfolgt eine Reversieraggressivitätsanforderung von einem Fahrer der Arbeitsmaschine 1. Nach Maßgabe der aktuell geforderten Reversieraggressivität wird mit der Vorbefüllung der zu schließenden Kupplung begonnen, wobei der Kupplungsdruck an der zu schließenden Kupplung ansteigt. Ein Zähler Z, der die Zeit bis zum Fahrtrichtungswechsel angibt, also bis zum Zeitpunkt T4, wird gesetzt. Die Abtriebsdrehzahl der Arbeitsmaschine wird verringert, wobei der Variator zu kleineren Schwenkwinkel verstellt wird. Die Arbeitsmaschine wird zunächst über die Verstellung des Variators verzögert. Der Verlauf für die Verstellung des Variators ist in dem obersten Diagramm gestrichelt gezeichnet.
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Zum Zeitpunkt T1 ist die Vorbefüllung der zu schließenden Kupplung abgeschlossen, wobei mit dem Momentenaufbau an der zu schließenden Kupplung begonnen wird. Demgegenüber ist die zu öffnende Wendekupplung zu diesem Zeitpunkt geschlossen und wird erst zu einem Zeitpunkt T3, nachdem der Momentenaufbau an der zu schließenden Kupplung abgeschlossen wurde, geöffnet.
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Zum Zeitpunkt T2 erfolgt eine Absenkung der Reversieraggressivität durch den Fahrer. Diese Absenkung der Reversieraggressivität findet während einer hydraulischen Aktivität an der Wendekupplung statt, die an der Fahrtrichtungsänderung beteiligt ist, nämlich während des Momentenaufbaus an der zu schließenden Kupplung.
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Wäre die zu schließende Kupplung noch nicht im Momentenaufbau, beispielsweise in der Vorbefüllung vor dem Zeitpunkt T1, könnte der Füllausgleich der zu schließenden Kupplung vorteilhafterweise verlängert werden, um dann eine Reversierung mit der geforderten Reversieraggressivität durchzuführen. Insbesondere wäre diese Verlängerung des Füllausgleichs der zu schließenden Kupplung möglich, da die zu schließende Kupplung während der Vorbefüllung kein Drehmoment überträgt.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Systeme und Verfahren stellen die angeforderte neue Reversieraggressivität in der Regel direkt um, was zur Folge hat, dass der Verlauf der Abtriebsdrehzahl diskontinuierlich wird, weil zunächst ein kleinerer Gradient für die Abtriebsdrehzahl eingestellt wird und danach ein größerer Gradient für die Abtriebsdrehzahl eingestellt werden muss, um eine Maximalrutschzeit der zu schließenden Wendekupplung, insbesondere die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt T3 und dem Zeitpunkt T5 nicht zu überschreiten. Dadurch ergibt sich ein diskontinuierlicher Verlauf beim Zähler gemäß Stand der Technik ZS ebenso wie bei der Abtriebsdrehzahl gemäß Stand der Technik AS. Der Verlauf der Abtriebsdrehzahl für dieses Beispiel gemäß dem Stand der Technik ist durch die Volllinie AS im obersten Diagramm dargestellt. Der Verlauf des Zählers für dieses Beispiel gemäß dem Stand der Technik ist durch die Volllinie ZS im zweiten Diagramm von oben dargestellt.
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Zum Zeitpunkt T2 erfolgt gemäß dem Stand der Technik die Änderung zu einem kleineren Gradienten für die Abtriebsdrehzahl. Zum Zeitpunkt T3 erfolgt gemäß dem Stand der Technik eine weitere Änderung zu einem größeren Gradienten für die Abtriebsdrehzahl, um die Maximalrutschzeit der zu schließenden Wendekupplung nicht zu überschreiten. Zum Zeitpunkt T4 erfolgt der Fahrtrichtungswechsel der Arbeitsmaschine, wobei zum Zeitpunkt T4 eine Drehrichtungsänderung im Getriebe erfolgt, und wobei die Abtriebsdrehzahl dann null beträgt. Danach nimmt die Abtriebsdrehzahl wieder zu. In der Regel erfolgt gemäß dem Stand der Technik zum Zeitpunkt T5 eine erneute Gradientenänderung für die Abtriebsdrehzahl zu einem kleineren Gradienten, welcher im Bereich der angeforderten Reversieraggressivität liegt. Jede Gradientenänderung ist für den Fahrer durch einen Ruck spürbar und daher zu vermeiden.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird, nachdem eine Absenkung der Reversieraggressivität während einer hydraulischen Aktivität an der Wendekupplung erfasst wurde, also zum Zeitpunkt T2, eine Zeitdauer bis zu einem Fahrtrichtungswechsel der Arbeitsmaschine berechnet. Dazu wird eine Zeitdauer bis zu einem Abschluss des Momentenaufbaus an der zu schließenden Wendekupplung berechnet. Aus der Summe der Zeitdauer bis zum Abschluss des Momentenaufbaus und der halben Maximalrutschzeitdauer der zu schließenden Wendekupplung wird die Zeitdauer bis zum Fahrtrichtungswechsel berechnet, die zur Bestimmung des minimalen Grenzwertes für die Reversieraggressivität verwendet wird.
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Des Weiteren wird zur Berechnung des minimalen Grenzwertes für die Reversieraggressivität eine aktuelle Abtriebsdrehzahl der Arbeitsmaschine erfasst, wobei der Quotient aus der aktuellen Abtriebsdrehzahl und der Zeitdauer bis zum Fahrtrichtungswechsel, also bis zum Zeitpunkt T4, als Gradient für die Minderung der aktuellen Abtriebsdrehzahl bis zum Fahrtrichtungswechsel verwendet wird. Der Gradient wird dann verwendet, um näherungsweise eine lineare Funktion zu erstellen, die den aktuellen Wert der Abtriebsdrehzahl zum Zeitpunkt T2 und den anvisierten Nullwert der Abtriebsdrehzahl zum Zeitpunkt T4 umfasst. Die Steigung dieser linearen Funktion ist über die gesamte Zeitspanne von dem Zeitpunkt T2 bis zum Zeitpunkt T4 gleich, nämlich der berechnete Gradient.
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Ferner wird der Betrag des Gradienten für die Minderung der Abtriebsdrehzahl bis zum Fahrtrichtungswechsel, also die Steigung der linearen Funktion nach dem Fahrtrichtungswechsel, auch zur Erhöhung der Abtriebsdrehzahl verwendet, wobei hier lediglich das Vorzeichen der Steigung geändert wird, nicht jedoch der Betrag. Der Verlauf der Abtriebsdrehzahl für dieses erfindungsgemäße Beispiel ist durch die gestrichelte Linie AE im obersten Diagramm dargestellt. Der Verlauf des Zählers für dieses erfindungsgemäße Beispiel ist durch die gestrichelte Linie ZE im zweiten Diagramm von oben dargestellt. Ferner sind im obersten Diagramm auch der Verlauf der Verstellung des Variators gemäß dem Stand der Technik VS und der Verlauf der Verstellung des Variators gemäß der Erfindung VE dargestellt, wobei durch die Begrenzung der minimalen Reversieraggressivität der erfindungsgemäße Verlauf der Verstellung des Variators VE steiler ist, also der Schwenkwinkelbereich des Variators größer ist. Die Verläufe VS und VE geben die jeweilige Übersetzungsverstellung des Variators, also des Hydrostaten wieder. In beiden Verläufen VS und VE wird bis zum Zeitpunkt T3 die Verzögerung der Arbeitsmaschine durch die Übersetzungsverstellung des Variators eingestellt. Die Übersetzungsverstellung am Variator wird zwischen dem Zeitpunkt T3 und T5 nicht verändert.
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Aus dem zweiten Diagramm von oben geht hervor, dass der Zählerverlauf ZS bis zum Fahrtrichtungswechsel der Arbeitsmaschine gemäß dem Stand der Technik angepasst wird, da die angeforderte Minderung der Reversieraggressivität umgesetzt wird, wobei sich der Fahrtrichtungswechsel gemäß Zähler zu längeren Zeiten verschiebt. Der Verlauf des Zählers ZE bis zum Fahrtrichtungswechsel der Arbeitsmaschine gemäß der Erfindung wird direkt nach Maßgabe der Berechnung der Zeitdauer bis zum Fahrtrichtungswechsel der Arbeitsmaschine eingestellt.
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Aus dem zweiten Diagramm von unten geht hervor, dass der minimale Grenzwert für die Reversieraggressivität Rmin die angeforderte Absenkung der Reversieraggressivität RA begrenzt, weil der minimale Grenzwert für die Reversieraggressivität Rmin größer ist als die vom Fahrer angeforderte Absenkung der Reversieraggressivität RA. Mit dem eingestellten minimalen Grenzwert für die Reversieraggressivität Rmin wird die Arbeitsmaschine verzögert, sodass die vom Fahrer angeforderte Minderung der Reversieraggressivität RA nur teilweise erfolgt, beispielsweise werden 85% der angeforderten Absenkung der Reversieraggressivität eingestellt. Würde die vom Fahrer angeforderte Absenkung der Reversieraggressivität RA größer als der minimale Grenzwert für die Reversieraggressivität Rmin sein, dann würde die vom Fahrer angeforderte Absenkung der Reversieraggressivität RA vollständig umgesetzt werden. Mithin erfolgt die Begrenzung der vom Fahrer angeforderte Absenkung der Reversieraggressivität RA derart, dass stets ein kontinuierlicher Verlauf der Abtriebsdrehzahl eingestellt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Arbeitsmaschine
- 2
- leistungsverzweigtes Getriebe
- 3
- Wendegetriebe
- 4
- erste Wendekupplung
- 5
- zweite Wendekupplung
- 6
- Steuereinrichtung
- 7
- Variator
- 8
- Hubgerüst
- 9
- Schaufel
- 10
- Antriebsmotor
- 11
- Antriebswelle
- 12
- Abtrieb
- 13
- Antriebsrad
- T
- Zeit
- T0
- Zeitpunkt
- T1
- Zeitpunkt
- T2
- Zeitpunkt
- T3
- Zeitpunkt
- T4
- Zeitpunkt
- T5
- Zeitpunkt
- D
- Kupplungsdruck
- DO
- Verlauf des Kupplungsdrucks der zu öffnenden Kupplung
- DS
- Verlauf des Kupplungsdrucks der zu schließenden Kupplung
- R
- Reversieraggressivität
- RA
- angeforderte Reversieraggressivität
- Rmax
- maximaler Grenzwert für die Reversieraggressivität
- Rmin
- minimaler Grenzwert für die Reversieraggressivität
- Z
- Zähler
- ZS
- Zähler gemäß Stand der Technik
- ZE
- Zähler gemäß Erfindung 19
- A
- Abtriebsdrehzahl
- AS
- Abtriebsdrehzahl gemäß Stand der Technik
- AE
- Abtriebsdrehzahl gemäß Erfindung
- V
- Verstellung des Variators
- VS
- Verstellung des Variators gemäß Stand der Technik
- VE
- Verstellung des Variators gemäß Erfindung
