DE10350308B4

DE10350308B4 - Verfahren zur Motordrehzahl- und Übersetzungswahl bei einem stufenlosen hydrostatischen Leistungsverzweigungsgetriebe

Info

Publication number: DE10350308B4
Application number: DE10350308A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 88046 Bailly; Olaf Dr.-Ing. 88074 Huwendiek
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2023-10-29
Also published as: DE10350308A1

Abstract

Verfahren zur Motordrehzahl- und Übersetzungswahl bei einem stufenlosen hydrostatischen Leistungsverzweigungsgetriebe, mit einem stufenlos verstellbaren Hydrostatgetriebe, einem Summierungsgetriebe und einem Bereichsgetriebe mit mehreren schaltbaren Gängen, bei dem die gewünschte Abtriebsdrehzahl durch eine Kombination von Motordrehzahl und Übersetzung einstellbar ist, wobei die Motordrehzahl und die Übersetzung derart eingestellt werden, dass beim Betrieb des Antriebsstranges ein maximaler Getriebewirkungsgrad erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale und maximale anwendbare Motordrehzahl in einer Steuerungseinheit gespeichert werden, dass jeder schaltbare Gang des Bereichsgetriebes in Abhängigkeit von der Abtriebsdrehzahl des Getriebes oder der Fahrgeschwindigkeitsvorgabe des Fahrers in drei Zonen unterteilt wird, wobei in der ersten Zone der Getriebewirkungsgrad durch den Anteil des Leistungsflusses über den Hydrostaten beeinflusst wird und mit Zunahme der vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit zunimmt, da der Leistungsfluss über den Hydrostaten reduziert wird, wobei in der zweiten Zone der Getriebewirkungsgrad maximiert wird, wenn der Leistungsfluss über den Hydrostaten minimiert wird, und wobei in der dritten Zone die...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Motordrehzahl- und Übersetzungswahl bei einem stufenlosen hydrostatischen Leistungsverzweigungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Leistungsverzweigungsgetriebe umfassen üblicherweise nach dem Stand der Technik ein stufenlos verstellbares Hydrostatgetriebe mit einer volumenverstellbaren und einer volumenkonstanten Einheit, einem Summierungsgetriebe und einem Bereichsgetriebe mit mehreren schaltbaren Gängen. Die über eine Antriebswelle eingeleitete Leistung verzweigt sich zum einen zu dem Hydrostatgetriebe und zum anderen auf eine Eingangswelle des Summierungsgetriebes.
Durch das Summierungsgetriebe werden die Drehzahlen und Drehmomente des Hydrostatgetriebes und der Antriebsmaschine zusammengeführt. Mit Hilfe von Schaltelementen sind verschiedene Gänge anwählbar, indem die Ausgangswelle des Summiergetriebes über unterschiedliche Stirnradstufen mit der Abtriebswelle gekoppelt wird.
Die Verwendung von derartigen Getrieben in Fahrzeugen, insbesondere bei landwirtschaftlichen Zugmaschinen, ermöglicht das Einstellen einer gewünschten Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs durch die Wahl von Motordrehzahl und Getriebeübersetzung.
Moderne Dieselmotoren besitzen eine Motorcharakteristik, die ein nahezu konstantes Drehmoment in einem breiten Drehzahlband (z. B. 1300–2000 rpm) bietet. Ebenfalls sind die Verbrauchskennfelder dieser Motoren durch große Bereiche gekennzeichnet, in denen die Motordrehzahl ohne nennenswerten Einfluss auf den spezifischen Verbrauch gewählt werden kann.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur automatischen Motordrehzahl- und Getriebeübersetzungseinstellung, bekannt, die im wesentlichen darauf basieren, den Motor entsprechend der Leistungsabforderung so weit wie möglich in der Drückung zu fahren bzw. die Motordrehzahl so weit wie möglich abzusenken.
Aus der EP 1 156 942 B1 ist ein Verfahren zur Antriebsstrangsteuerung eines Getriebes der eingangs genannten Art bekannt, in dessen Rahmen das stufenlos verstellbare Getriebe in Abhängigkeit von der Drehzahlvorgabe so verstellt wird, dass stets ein maximales Drehmoment zur Verfügung steht.
Aus der EP 0 429 517 B1 ist ein Verfahren zur Antriebsstrangsteuerung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Motordrehzahl- und Übersetzungswahl bei einem stufenlosen hydrostatischen Leistungsverzweigungsgetriebe anzugeben, welches es ermöglicht, möglichst wirtschaftlich zu fahren.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Demnach wird ein Verfahren zur Motordrehzahl- und Übersetzungswahl vorgeschlagen, bei dem die Motordrehzahl und die Übersetzung derart eingestellt werden, dass beim Betrieb des Antriebsstranges ein maximaler Getriebewirkungsgrad erzielt wird.
Insbesondere werden gemäß der Erfindung Motorbetriebspunkt und Getriebeübersetzung derart ausgewählt, dass sich der Betriebspunkt des Getriebes auf der Hüllkurve des optimalen Getriebewirkungsgrades befindet.
Bei hydrostatischen Leistungsverzweigungsgetrieben wird der Wirkungsgrad des Getriebes im wesentlichen durch die Antriebsdrehzahl am Getriebeeingang und den Anteil des Leistungsflusses über die Hydrostateinheit bestimmt.
Wenn bei der Wahl der Motordrehzahl keine zusätzlichen Anforderungen zu berücksichtigen sind, wie beispielsweise die Verfügbarkeit der maximalen Motorleistung, dann kann die gewünschte Abtriebsdrehzahl durch die Freiheitsgrade Motordrehzahl und Getriebeübersetzung im Rahmen des verfügbaren Stellbereiches beliebig eingestellt werden. Dadurch kann bei allen Fahrvorgängen, insbesondere im Teillastbereich des Motors, das zusätzliche Kriterium Getriebewirkungsgrad zur Optimierung des gewählten Arbeitspunktes von Motor und Getriebe herangezogen werden.
Die Optimierung hinsichtlich des Getriebewirkungsgrades ist insbesondere dann möglich, wenn der Fahrer bei automatisch arbeitenden Fahrzeugsystemen lediglich die gewünschte Fahrgeschwindigkeit anwählt, wobei Motordrehzahl und Getriebeübersetzung automatisch durch einen Motor-/Getrieberegler eingestellt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figur, welche den Verlauf des Getriebewirkungsgrades für ein hydrostatisches Leistungsverzweigungsgetriebe als Funktion der Fahrgeschwindigkeit bzw. der Abtriebsdrehzahl und des geschalteten Getriebebereichs darstellt, beispielhaft näher erläutert.
Bei hydrostatischen Leistungsverzweigungsgetrieben wird der Wirkungsgrad des Getriebes im wesentlichen durch die Antriebsdrehzahl am Getriebeeingang und den Anteil des Leistungsflusses über die Hydrostateinheit bestimmt.
Gemäß der Erfindung werden die Kenndaten des Antriebsstrangs, wie beispielsweise die minimale und maximale anwendbare Motordrehzahl in einer Steuerungseinheit gespeichert. Ferner wird jeder Getriebebereich in drei Zonen unterteilt, die von der Abtriebsdrehzahl des Getriebes bzw. der Fahrgeschwindigkeitsvorgabe des Fahrers abhängen. Diese Zonen sind als Zone I, II, III in Figur für den Getriebebereich 2 und den Getriebebereich 3 verdeutlicht. Kurve A entspricht der Hüllkurve des optimalen Getriebewirkungsgrades, die Kurven B dem Verlauf bei minimaler anwendbarer Motordrehzahl (z. B. 1 400 rpm), die Kurven C dem Verlauf bei einer mittleren Motordrehzahl (z. B. 1 800 rpm) und die Kurven D dem Verlauf bei maximaler anwendbarer Motordrehzahl (z. B. 2 100 rpm) für den Getriebebereich 2 bzw. den Getriebebereich 3.
In der ersten Zone wird der Getriebewirkungsgrad durch den Anteil des Leistungsflusses über den Hydrostaten beeinflusst und nimmt bei höheren angewählten Geschwindigkeiten zu, da der Leistungsfluss über den Hydrostaten reduziert wird. In der zweiten Zone wird der Getriebewirkungsgrad maximiert, wenn der Leistungsfluss über den Hydrostaten minimiert wird und in der dritten Zone kann die Getriebeabtriebsdrehzahl auch bei angehobener (maximaler) Motordrehzahl nicht mehr ohne Leistungsfluss über den Hydrostaten eingestellt werden, so dass der Wert des maximalen Wirkungsgrads sinkt.
Die Zoneneinteilung in Abhängigkeit vom Geschwindigkeits- bzw. Abtriebsdrehzahlbereich für die Getriebebereiche wird in der Steuerung, beispielsweise in Form einer Kennlinie abgelegt.
Liegt die geforderte Abtriebsdrehzahl des Getriebes (Fahrgeschwindigkeitsvorgabe des Fahrers) im zugeordneten Getriebebereich in der ersten Zone, dann wird die geringste praktikable Motordrehzahl eingestellt, wobei das Anfahren der Zielgeschwindigkeit durch Übersetzungsverstellung des Getriebes erfolgt.
Wenn die geforderte Abtriebsdrehzahl des Getriebes in der zweiten Zone liegt, dann wird erfindungsgemäß die Abtriebsdrehzahl des Getriebes ohne Leistungsfluss über den Hydrostaten erzielt. Zu diesem Zweck wird die gewünschte Abtriebsdrehzahl durch Einstellen der Motordrehzahl erzielt.
In der dritten Zone kann die gewünschte Getriebeabtriebsdrehzahl auch bei maximaler Motordrehzahl nicht mehr ohne Leistungsfluss über den Hydrostaten eingestellt werden, so dass zum Erreichen der angeforderten Geschwindigkeit ein Verstellen der Getriebeübersetzung durchgeführt wird. Die angehobene (maximale) Motordrehzahl verringert in diesem Betriebszustand bei vorgegebener Abtriebsdrehzahl in vorteilhafter Weise den Leistungsfluss über den Hydrostaten.
Durch die veränderbare Motordrehzahl entsteht um die Bereichswechsel des Getriebes ein Überlappungsbereich der erzielbaren Abtriebsdrehzahlen. Basierend auf der Kenntnis des Wirkungsgradverlaufes um einen solchen Umschaltpunkt der Getriebebereiche, wie er in der Figur gezeigt wird, ist definierbar, bei welchen Abtriebsdrehzahlen in Zone III des 2. Bereichs oder in Zone I des 3. Bereichs gefahren werden muss, um den maximalen Wirkungsgrad des Getriebes zu erzielen.
Eine Anhebung der Abtriebsdrehzahl des Getriebes von Zone III (2. Bereich) in Zone I (3. Bereich) erfolgt damit mit einer Absenkung der Motordrehzahl und parallelen Veränderung der Getriebeübersetzung. Diese Änderung der Motordrehzahl erfolgt hysteresebehaftet in beiden Richtungen um die Bereichswechsel des Getriebes.
Das hier vorgestellte Verfahren ist geeignet, den maximalen Wirkungsgrad des Getriebes in Abhängigkeit von der automatischen Einstellung der Drehzahl des Motors und der Getriebeübersetzung bereitzustellen. Dies hat in vorteilhafter Weise eine signifikante Treibstoffeinsparung zur Folge.

Claims

Verfahren zur Motordrehzahl- und Übersetzungswahl bei einem stufenlosen hydrostatischen Leistungsverzweigungsgetriebe, mit einem stufenlos verstellbaren Hydrostatgetriebe, einem Summierungsgetriebe und einem Bereichsgetriebe mit mehreren schaltbaren Gängen, bei dem die gewünschte Abtriebsdrehzahl durch eine Kombination von Motordrehzahl und Übersetzung einstellbar ist, wobei die Motordrehzahl und die Übersetzung derart eingestellt werden, dass beim Betrieb des Antriebsstranges ein maximaler Getriebewirkungsgrad erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale und maximale anwendbare Motordrehzahl in einer Steuerungseinheit gespeichert werden, dass jeder schaltbare Gang des Bereichsgetriebes in Abhängigkeit von der Abtriebsdrehzahl des Getriebes oder der Fahrgeschwindigkeitsvorgabe des Fahrers in drei Zonen unterteilt wird, wobei in der ersten Zone der Getriebewirkungsgrad durch den Anteil des Leistungsflusses über den Hydrostaten beeinflusst wird und mit Zunahme der vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit zunimmt, da der Leistungsfluss über den Hydrostaten reduziert wird, wobei in der zweiten Zone der Getriebewirkungsgrad maximiert wird, wenn der Leistungsfluss über den Hydrostaten minimiert wird, und wobei in der dritten Zone die Getriebeabtriebsdrehzahl auch bei maximaler Motordrehzahl nicht mehr ohne Leistungsfluss über den Hydrostaten einstellbar ist, und wobei die Zoneneinteilung in der Steuerung in Form einer Kennlinie abgelegt wird, so dass, wenn die geforderte Abtriebsdrehzahl des Getriebes im zugeordneten schaltbaren Gang des Bereichsgetriebes in der ersten Zone liegt, die geringste praktikable Motordrehzahl eingestellt wird und das Anfahren der Zielgeschwindigkeit durch Übersetzungsverstellung des Getriebes erfolgt, wenn die geforderte Abtriebsdrehzahl in der zweiten Zone liegt, die Abtriebsdrehzahl des Getriebes ohne Leistungsfluss über den Hydrostaten erzielt wird und die gewünschte Abtriebsdrehzahl durch Einstellen der Motordrehzahl erzielt wird, und wobei in der dritten Zone zum Erreichen der angeforderten Geschwindigkeit ein Verstellen der Getriebeübersetzung bei maximaler Motordrehzahl durchgeführt wird.