HYDROSTATISCH-MECHANISCHEN

LEISTUNGSVERZWEIGUNGSGETRIEBES

Die Erfindung handelt von einem Verfahren zum Steuern eines hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebes, das aus einer verstellbaren Hydrostateinheit, einem mehr¬ welligen Summierungsplanetengetriebe zur Zusammenführung von mechanischem Zweig und hydrostatischem Zweig und einem nachgeschalteten Stufengetriebe zur Bildung von in Syn- chronpunkten aneinander anschließenden Schaltbereichen be¬ steht, welche mittels Verstellung der Hydrostateinheit durchfahren werden, wobei bei jeder Schaltung von einem al¬ ten Bereich in einen nächsten Bereich zuerst bei Erreichen der Synchrondrehzahl der Befehl zum Schließen der Kupplung für den nächsten Bereich gegeben wird, dann die Lastüber¬ gabe von der Kupplung für den alten Bereich zu der Kupplung für den nächsten Bereich durch Verstellen der Hydrostatein¬ heit vorgenommen wird und dann erst der Befehl zum Öffnen der Kupplung für den alten Bereich gegeben wird.

Die Kupplungen werden in derartigen Getrieben in der Regel hydraulisch geschaltet. Bereichsschaltungen werden in meh¬ reren Schritten vorgenommen, wobei mehrere Kupplungen und der Hydrostat in einer bestimmten Reihenfolge, und in Ab- hängigkeit von Zustandssignalen bzw Vollzugsmeldungen, be¬ tätigt werden. Die Steuerung benötigt ein Rückmeldesignal für die tatsächliche Stellung bestimmter Kupplungen. Das Betätigungssignal genügt nicht, es könnte ja auch eine Kupplung defekt oder eine Druckleitung leck sein, sodaß die Kupplung trotz "Vollzugsmeldung" nicht eingerückt ist. Im Falle einer Klauenkupplung könnten auch gerade die beiden

Kupplungshälften Klaue gegen Klaue stehen oder eine Schalt¬ gabel hängengeblieben sein.

Aus der EP 280 757-A1 ist es bei einer Ausführungsform ei- nes derartigen Getriebes bekannt, die Drucksignalleitung zu den Kupplungen über Zweigleitungen mit einem Drucksensor oder Druckschalter zu verbinden. Bei diesem bekannten Ge¬ triebe wird im Zuge einer Bereichsschaltung nach dem Befehl zum Einrücken der dem nächsten Bereich zugeordneten Kupp- lung und noch einmal nach dem Befehl zum Ausrücken der dem vorhergehenden Bereich zugeordneten Kupplung auf das Rück¬ meldesignal des jeweiligen Drucksensors oder Druckschalters gewartet, bevor der nächste Schritt der Bereichsschaltung ausgeführt wird.

Zum einen verlängert dieses zweimalige Warten die Dauer ei¬ ner Bereichsschaltung und führt während starken Beschleuni- gens zu einem kurzzeitigen Abfall der Beschleunigung, be¬ sonders, wenn die Druckschalter über lange Leitungen mit ihrer Kupplung verbunden sind. Zum Anderen ist das Ausfall¬ risiko derartiger noch dazu gehäuft auftretender Druck¬ schalter (bei einem Getriebe mit vier Bereichen sind in der Regel sechs Kupplungen nötig) beträchtlich. Drucksensoren sind zwar sicherer, aber wirklich zuverlässige bzw im Be- trieb überprüfbare Sensoren sind teuer. Die Folge eines falschen Zustandssignales ist mindestens, daß keine Be¬ reichsschaltungen mehr möglich sind.

Diese Probleme bestehen unabhängig von der Art der verwen- deten Kupplungen (es kann sich um Klauenkupplungen, Zahn¬ kupplungen, Synchronisierkupplungen oder Lamellenkupplungen handeln) und unabhängig von der Art des dem Summierungspla- netengetriebe nachgeschalteten Stufengetriebes. Es besteht also auch bei einem Getriebe gemäß der US-A 5,207,736, wo anstelle des Druckes der Kupplungsbetätigung die Position der Schaltmuffen mittels Sensoren abgefragt werden kann.

Es ist somit Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Steuer¬ verfahren anzugeben, das den Ablauf der Bereichsschaltungen bei voller Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit be¬ schleunigt und ohne Druckschalter oder Drucksensoren aus- kommt und somit kostengünstiger ist.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Befehl zum Öffnen der Kupplung für den alten Bereich erst dann und nur dann gegeben wird, wenn während der Lastübergabe ein charakteristischer Drehzahlwert des Summierungsplanetenge- triebes konstant bleibt.

So wird vor allem erkannt, ob die Kupplung auch tatsächlich eingerückt ist, es besteht keine Überwachungslücke mehr zwischen Befehl und Ausführung. Da weiters nicht auf ein Rückmeldesignal gewartet werden muß, wird die Bereichs¬ schaltung in minimaler Zeit und ohne kurzzeitiges Abfallen der Beschleunigung ausgeführt. Weiters werden die vielen und kostspieligen und/oder teuren Druckschalter bzw Druck- fühler bzw Positionssensoren eingespart. Es sind nur ein oder zwei Impulsgeber zur Drehzahlmessung erforderlich, diese sind jedoch meist zur Lieferung der für die Regelung erforderlichen Signale sowieso vorhanden. In solchen Fällen erfordert die Einführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keinerlei Änderungen im Getriebe. Weiters beruht das Ver¬ fahren auf im Getriebe herrschenden kinematischen Gesetzmä¬ ßigkeiten, ist also sehr genau. Die einzig mögliche Abwei¬ chung liegt im Zahnspiel bei der Lastübergabe. Dieses ist jedoch vernachlässigbar klein, es liegt jedenfalls inner- halb der Bandbreite auch einer genauen Drehzahlmessung.

Bei einem hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungs- getriebe, bei dem das Summierungsplanetengetriebe ein vom hydrostatischen Zweig angetriebenes Sonnenrad, ein vom me- chanischen Zweig angetriebenes Hohlrad und einen Planeten¬ träger aufweist, ist der charakteristische Drehzahlwert die Drehzahl des Planetenträgers (Anspruch 2) . Hier ergibt sich

der Vorteil, daß nur ein einziges Drehzahlsignal benötigt wird. Ein Impulsgeber bzw Drehzahlsensor für den Planeten¬ träger oder für ein direkt mit ihm verbundenes Glied ist zu Regelungszwecken bereits vorhanden. Weiters ist es vorteil- haft, daß der Planetenträger auch bei Stillstand des Fahr¬ zeuges rotiert, daß somit immer ein genaues Drehzahlsignal vorhanden ist.

Bei einem hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungs- getriebe, bei dem das Summierungsplanetengetriebe ein Dop¬ pelplanetengetriebe mit einer vom hydrostatischen Zweig an¬ getriebenen ersten Eingangswelle, einer vom mechanischen Zweig angetriebenen zweiten Eingangswelle, und zwei mit je einem Glied des Doppelplanetengetriebes verbundenen Aus- gangswellen ist, ist der charakteristische Drehzahlwert die Differenz der Drehzahlen der beiden Ausgangswellen (An¬ spruch 3) . Auch die hier erforderlichen zwei Geschwindig¬ keitssignale sind relativ leicht zu gewinnen, da beide Aus¬ gangswellen Zahnräder tragen und die Differenzbildung auf sehr einfache Art auszuführen ist.

Vorzugsweise wird das Verfahren weiters so geführt, daß bei Veränderung des charakteristischen Drehzahlwertes des Sum- mierungsplanetengetriebes während der Lastübergabe der Be- fehl zum Öffnen der Kupplung für den alten Bereich nicht gegeben wird, der Schließbefehl für die nächste Kupplung zurückgenommen und die Hydrostateinheit wieder in Richtung einer Lastubergabe auf die Kupplung für den alten Bereich verstellt wird (Anspruch 4). Durch die dabei erfolgende Entlastung der Kupplung wird diese häufig doch noch ein¬ greifen.

Weiters liegt es im Rahmen des Verfahrens, nach Lastüber¬ gabe auf die Kupplung für den alten Bereich die Bereichs- Schaltung mit dem Befehl zum Schließen der Kupplung für den nächsten Bereich zu wiederholen (Anspruch 5). Dadurch braucht der Fahrer nicht einzugreifen, es wird automatisch

noch einmal probiert. Das ist vor allem bei Klauenkupplun¬ gen von Vorteil, weil die Wahrscheinlichkeit, daß die Kupp¬ lungshälften zweimal en suite Zahn gegen Zahn stehen, ex¬ trem gering ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen be¬ schrieben und erläutert. Es stellen dar:

Fig.l: Getriebeschema einer Ausführungsform eines Getrie- bes, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren anwend¬ bar ist, Fig.2: Getriebeschema einer weiteren Ausführungsform eines Getriebes, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist, Fig.3: Drehzahlplan zum Getriebe der Fig.l.

In Fig.l ist der Motor 1, etwa eine Verbrennungskraftma¬ schine, nur angedeutet. Er treibt ohne dazwischen liegende Kupplung eine Getriebeeingangswelle. Diese treibt einer- seits über eine erste Zahnradtransmission 3 eine steuerbare Hydrostateinheit 4, deren Ausgang über eine zweite Zahnrad¬ transmission 5 eine erste Eingangswelle 6 antreibt. Ander¬ erseits treibt die Getriebeeingangswelle 2 über eine dritte Zahnradtransmission 7 eine zweite Eingangswelle 8. Die Hydrostateinheit 4 besteht aus zwei hydrostatischen Maschi¬ nen A,B, wovon immer eine als Motor und eine als Pumpe ar¬ beitet. Die Maschine A ist stufenlos in beiden Drehrich¬ tungen steuerbar.

Die beiden Eingangswellen 6,8 sind Teil eines Summierungs- planetengetriebes 10, von dem aus über Kupplungen K1,K2 ein Stufengetriebe 11 angetrieben wird, welches hier aus einer ersten Planetengetriebestufe 12 mit einer Kupplung KR (ge¬ nauer: einer Bremse) und einer zweiten Planetengetriebe- stufe 13 mit einer Kupplung (genauer: einer Bremse) KV be¬ steht. Über Kupplungen K3,K4 wird eine Abtriebswelle 14 ge-

schaltet, die beispielsweise dem Antrieb eines Fahrzeuges dient.

Das Summierungsplanetengetriebe 10 enthält eine erste Sonne 20, ein erstes Hohlrad 21 und abgestufte Planeten 22, die den ersten Planetensatz bilden. Der zweite Planetensatz be¬ steht aus einer zweiten Sonne 23, einem Hohlrad 24 und den abgestuften Planeten 22, die beiden Sätzen gemeinsam sind. Die Planeten 22 sind auf einem Planetenträger 25 gelagert, dessen Welle 25' die erste Ausgangswelle des Summierungs- planetengetriebes 10 darstellt. Das zweite Hohlrad 24 wirkt über eine Hohlradwelle 26 auf die Kupplung Kl und stellt die zweite Ausgangswelle dar. Die zweite Sonne 23 wirkt über eine Sonnenwelle 27 auf die Kupplung K2 und stellt die dritte Ausgangswelle des Summierungsplanetengetriebes 10 dar.

Die erste Stufe 12 des Stufengetriebes 11 besteht aus einem ersten Sonnenrad 31, ersten Planetenrädern 32, einem ersten Planetenträger 33 und einem ersten Ringrad 34. Die Sonnen- radwelle 30 wird wahlweise von einer der beiden Kupplungen K1,K2 angetrieben, der erste Planetenträger 33 ist mittels der Kupplung KR am stationären Gehäuse festbremsbar. Das erste Ringrad 34 ist mit einem zweiten Planetenträger 35 der zweiten Planetengetriebestufe 13 drehfest verbunden. Dessen Planetenräder 36 kämmen innen mit einem zweiten Son¬ nenrad 37, das mit der Sonnenradwelle 30 drehfest verbunden ist und außen mit einem zweiten Ringrad 38, welches über die Kupplung KV am Gehäuse festbremsbar ist. Die Abtriebs- welle 14 ist mit dem zweiten Planetenträger 35 drehfest verbunden und über die Kupplungen K3,K4 entweder mit der Planetenträgerwelle 25 oder mit der Sonnenradwelle 30 dreh¬ fest verbindbar.

Weiters ist ein Steuergerät 40 angedeutet. Dieses erhält von einem Fahrpedal 42 eine Last- bzw Geschwindigkeits¬ vorgabe, über Signalleitungen 41 gemessene Betriebs- und

Fahrparameter und von Impulsgebern 50 bis 54 Geschwindig¬ keitssignale, und zwar 50: Hydrostat 4, 51: Antriebsmotor 1, 52: Planetenträger 25, 53: Sonnenwelle 27, 54: zweiter Planetenträger 35, doppelt zur Feststellung des Drehsinnes.

Aus diesen Signalen bildet das Steuergerät 40 Steuersignale für den Hydrostaten 4, die diesem über die Steuerleitung 43 übermittelt werden und Steuersignale 44 für die Kupplungen K1,K2, K3,K4,KR,KV. Das Signal des Impulsgebers 52 wird im Steuergerät 40 auch zur erfindungsgemäßen Überprüfung, ob die jeweilige Kupplung eingerückt ist, verwendet.

In dem in Fig.2 dargestellten abgewandelten Getriebe ist wieder der Motor mit 1, die Antriebswelle mit 2, der Hydro- stat mit 4, dessen Antrieb mit 3, und dessen Abtrieb mit 5 bezeichnet. Das Summierungsplanetengetriebe 15 ist vier¬ wellig und das in Kraftflußrichtung daran anschließende Stufengetriebe 16 besteht aus zwei Teilen 16', 16".

Der mechanische Zweig beginnt mit einer ersten Eingangs¬ welle 60, die drehfest mit einem ersten Planetenträger 61 verbunden ist. Dessen erste Planeten 62 kämmen mit einem ersten Hohlrad 63, welches mit einer ersten Ausgangswelle 64 gekuppelt ist. Zum hydrostatischen Zweig gehört eine zweite Eingangswelle 65 mit einem Doppelsonnenrad 66, wel¬ ches mit den ersten Planeten 62 und mit zweiten Planeten 67 kämmt. Diese sitzen auf einem Planetenträger 68 und kämmen mit einem zweiten Hohlrad 69. Der Planetenträger 68 ist mit einer zweiten Ausgangswelle 70 gekuppelt, das zweite Hohl- rad 69 mit dem ersten Planetenträger 61. Für die Messung der Drehzahl von erster Ausgangwelle 64 und zweiter Aus¬ gangswelle 70 ist ein erster Impulsgeber 72 und zweiter Impulsgeber 73 vorgesehen.

Erste und zweite Ausgangswelle 64, 70 mit ihren Zahnrädern gehören bereits zum nachgeschalteten Stufengetriebe 16, von einer Getriebeabtriebswelle 75 werden beispielsweise die

nicht dargestellten Räder eines Kraftfahrzeuges angetrie¬ ben. Mit 76 ist eine Zahnradstufe des einen Teiles 16' und mit 77 eine von mehreren. Zahnradstufen der anderen Hälfte 16" des Stufengetriebes bezeichnet. Sie und weitere nicht bezeichnete Zahnradstufen werden über eine erste Kupplung 78 bzw. eine zweite Kupplung 79 und weitere mit der Ge¬ triebeabtriebswelle 75 verbunden.

Nun wird das erfindungsgemäße Steuerverfahren anhand des Geschwindigkeitsplanes der Figur 3 veranschaulicht. Auf der Abszisse ist die Geschwindigkeit des Fahrzeuges aufgetra¬ gen, auf der Ordinate die Abtriebsdrehzahlen eines Getrie¬ bes gemäß Figur 1. Auf der der Geschwindigkeit 0 entsprech¬ enden Abszisse sind die Regelstellungen des Hydrostaten aufgetragen. Am horizontalen oberen Bildrand sind die Be¬ reiche ersichtlich und durch eine vertikale Linie die je¬ weiligen Bereichsgrenzen eingetragen. Jeder Bereich ent¬ spricht einer bestimmten Stellung der Kupplungen und somit einer Stufe des Stufengetriebes.

Die diversen Geraden im Diagramm entsprechen den Drehzahlen der jeweils eingerahmt bezeichneten Getriebeglieder, mit 25 somit die Drehzahl des Planetenträgers 25 des Summierungs- planetengetriebes. Es ist zu erkennen, daß dieser Linienzug an jeder Bereichsgrenze eine Unstetigkeit aufweist. Diese Unstetigkeiten sind eingerahmt und mit C,D,E und F bezeich¬ net. Diese Unstetigkeit bedeutet, daß während der Bereichs¬ schaltung die Drehzahl dieses Gliedes unverändert bleibt. In stark vergrößerter Darstellung würde man sehen, daß sie Haltepunkte sind, die bei Erreichen der Synchrondrehzahl beginnen und beim Verlassen der Synchrondrehzahl, somit bei Öffnen der dem alten Gang entsprechenden Kupplung, wieder aufhören. Von dieser Besonderheit derartiger Getriebe macht das erfindungsgemäße Verfahren Gebrauch.

Es verdient besondere Beachtung, daß die erfindungsgemäße Überprüfung ohne irgendwelche baulichen Veränderungen mög-

lieh ist, die erforderlichen Impulsgeber sind in vielen Fällen bereits vorhanden. Es ist nur eine entsprechende Änderung der im Steuergerät 40 gespeicherten Steuerbefehle erforderlich.