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WO2008068036A1 - Verfahren zur steuerung eines antriebs und antriebssystem - Google Patents

Verfahren zur steuerung eines antriebs und antriebssystem Download PDF

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WO2008068036A1
WO2008068036A1 PCT/EP2007/010670 EP2007010670W WO2008068036A1 WO 2008068036 A1 WO2008068036 A1 WO 2008068036A1 EP 2007010670 W EP2007010670 W EP 2007010670W WO 2008068036 A1 WO2008068036 A1 WO 2008068036A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hydrostatic machine
gear
machine
clutch
drive system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2007/010670
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Müller
Steffen Mutschler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to US12/518,219 priority Critical patent/US8585524B2/en
Publication of WO2008068036A1 publication Critical patent/WO2008068036A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a drive and a drive system with a drive machine, a planetary gear and a manual transmission.
  • the electrodynamic drive system includes a prime mover connected to a manual transmission via a planetary gear.
  • the planetary gear comprises three elements. A first element of the planetary gear is connected to the prime mover. A second element of the planetary gear is connected to an electric motor. The third element of the planetary gear is connected to the downstream transmission.
  • the planetary gear replaces a friction clutch or a hydrodynamic converter. A speed match between the first element of the planetary gear, which is connected to the prime mover, and a transmission input shaft, which is connected to the third element of the planetary gear, takes place by power consumption by the electric motor.
  • the known electro-dynamic drive system has the disadvantage that an electric motor is used to absorb the power during the synchronization of the transmission input with the drive machine.
  • the energy thus obtained from the energy released during synchronization is present as electrical energy and can only be supplied to consumers who can absorb electrical power.
  • the use of such drive systems is limited, which have an electrical system in the vehicle.
  • the drive system has a drive machine which is connected to a first element of a planetary gear. Furthermore, the drive machine is connected to a first element of a planetary gear. Furthermore, the drive machine is connected to a first element of a planetary gear.
  • Circulating gear is connected to a variable in their displacement volume hydrostatic machine.
  • the hydrostatic machine is initially adjusted to a vanishing displacement volume.
  • the epicyclic gear is torque-free and it can be engaged a gear stage of the gearbox.
  • To start or synchronize the displacement volume of the hydrostatic machine is first increased.
  • the hydrostatic machine is thus operated as a pump and charges a hydraulic accumulator.
  • the charging of the hydraulic accumulator takes place until a moment equilibrium is reached.
  • the further increase of the displacement volume of the hydrostatic machine leads to a reversal of the energy flow.
  • the hydraulic accumulator discharges via the hydrostatic machine and thus supplies torque to the planetary gearbox.
  • the speed of two elements of the epicyclic gearbox is detected. If a vanishing speed difference or the fulfillment of another speed-dependent criterion between two elements of the epicyclic gearbox is detected, the clutch becomes Blocking the planetary gear closed. To further accelerate the hydraulic accumulator continues to discharge via the hydrostatic machine, whereby the applied by the prime mover primary energy is reduced.
  • the hydrostatic machine by means of a valve device with the hydraulic accumulator or a working hydraulics; connected is.
  • the hydrostatic machine by means of a valve device with the hydraulic accumulator or a working hydraulics; connected is.
  • Machine of the drive system according to the invention can be used.
  • the gearbox is placed in an idle position and blocked the epicyclic gearbox by closing the clutch.
  • the drive power of the drive machine is thus supplied to the hydrostatic machine, which operates as a pump.
  • the pressure medium pressurized by it is supplied to a working hydraulics.
  • the hydrostatic machine is disconnected from the planetary gear by means of a further clutch.
  • the clutch is preferably first opened and thus the blocking of the epicyclic gearbox is canceled.
  • the displacement volume of the hydrostatic machine is set to zero, so that the epicyclic gear is torque-free.
  • the speed compensation takes place via the element of the planetary gear connected to the hydrostatic machine. Because of the zero pivoting of the hydrostatic machine, this element can rotate freely.
  • the hydrostatic machine is then swung out again in the direction of a larger displacement volume.
  • the coupling is designed as a friction clutch.
  • the clutch can be closed with an increasing contact force. Due to the thus resulting friction, the synchronization is improved.
  • the hydrostatic machine is used to start the prime mover.
  • the hydrostatic machine is set to a non-zero displacement volume and blocks the gearbox connected to the third element of the planetary gear.
  • the hydrostatic machine is connected to the hydraulic accumulator and acts as a hydraulic motor that starts the drive motor.
  • the drive machine can also be started by means of the hydrostatic machine by the clutch is closed for starting. It is to prevent a load torque to bring the transmission to its idle position.
  • the clutch is closed, the hydrostatic machine and the engine are rigidly connected together and the necessary speed compensation via the second element of the epicyclic gear, which is connected to the gearbox. Since the transmission is in the neutral position, the second element of the epicyclic gear can rotate freely.
  • Preferred embodiments of the drive system according to the invention and of the method according to the invention for controlling the drive system are shown in the drawing and will be explained in more detail in the following description. Show it:
  • FIG. 1 shows a first schematic representation of a first design of a drive system according to the invention for explaining the method according to the invention
  • Fig. 4 is a diagram for explaining the
  • Fig. 6 is a simplified procedure for explaining a Gangstsufencic.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a drive system 1 according to the invention.
  • the drive system according to the invention comprises a
  • Internal combustion engine 2 as a prime mover.
  • internal combustion engines of commercial vehicles are designed as diesel internal combustion engines.
  • the drive system 1 comprises a hydrostatic machine 3, which in the illustrated, preferred exemplary embodiment is a hydrostatic machine 3 which can be swiveled out of its neutral position in both directions, for example an axial piston machine.
  • the hydrostatic Piston engine can be used both as a motor and as a pump and operates in 4-quadrant operation.
  • a simplified embodiment results in a hydrostatic machine which can be swiveled out only in one direction.
  • a manual transmission 4 For power transmission to a drive of a vehicle, a manual transmission 4 is provided which has at least two different gear ratios as gear ratios, between which can be changed in a switching operation.
  • a planetary gear 5 is disposed between the engine 2 and the transmission 4.
  • the planetary gear 5 has three elements.
  • the first element is a ring gear 6.
  • the second element is a sun gear 7 and the third element is formed by the planet wheels 8 and the one planetary carrier 9.
  • the planetary gears 8 are mounted in permanent engagement and rotatably on the planetary carrier 9 both with an inner toothing of the ring gear 6 and with an outer toothing of the sun gear 7.
  • the internal combustion engine 2 is permanently connected to the ring gear 6 via a drive shaft 10.
  • the ring gear 6 therefore rotates at an identical speed as the internal combustion engine 2.
  • the sun gear 7 is connected to the hydrostatic piston machine 3 via a sun gear shaft 11.
  • the sun gear 11 is rotatably connected by a clutch 12 with the ring gear 6.
  • the clutch 12 is closed, therefore, the planetary gear 5 rotates as a rotating unit. A relative movement of the individual elements of the planetary gear 5 to each other is then not possible.
  • the assignment of the elements of the planetary gear 5 to the engine 2, hydrostatic machine 3 and transmission 4 is exemplary. Other assignments can be selected as needed.
  • a further clutch 13 is provided to connect the sun gear shaft 11 with the hydrostatic piston engine 3.
  • the further clutch 13 connects in the closed state, the sun gear 11 with the shaft 14 which is permanently connected to the hydrostatic machine 3.
  • the shaft 14 is non-rotatably connected to the sun gear 11.
  • the further coupling 13 can also be dispensed with.
  • the planet carrier 9 is connected via a gear stage 15 to the transmission 4.
  • the transmission 4 has a transmission input shaft 17 which is rotatably connected to a driven gear 16.
  • the output gear 16 meshes with an outer toothing, which is arranged on the planet carrier 9.
  • the rotational speed of the transmission input shaft 17 is translated into a speed of a transmission output shaft 18 corresponding to an engaged gear stage of the gearbox 4.
  • the transmission output shaft 18 is connected to a differential gear 19.
  • the differential gear 19 is part of a driven vehicle axle 20 and transmits the input side via the transmission output shaft 18 supplied torque to drive shafts, which are connected to the driven wheels of the driven axle 20.
  • the hydrostatic machine 3 has two
  • a first line connection is connected to a tank line 21.
  • the second line connection of the hydrostatic machine 3 is connected to a working line 22.
  • pressure medium is either sucked from the tank line 21 and conveyed into the working line 22 or supplied via the working line 22 of the hydrostatic machine 3 and relaxed during operation of the hydrostatic machine 3 as a hydraulic motor via the tank line 21 into a tank volume 23 ,
  • an adjusting device 24 is provided.
  • the adjusting device 24 is of conventional design, so that a detailed description can be dispensed with.
  • the adjusting device 24 is acted upon by an electronic control unit 32 with a control signal. Accordingly, a displacement volume, for example by adjusting a swash plate in the case of a piston machine according to swash plate type, adjusted.
  • the drive system 1 shown in FIG. 1 comprises in addition to the travel drive and a working hydraulics.
  • the hydrostatic machine 3 is connected via the working line 22 with a valve device 25.
  • Valve device 25 the hydrostatic machine 3 can be connected either with a hydraulic accumulator 26 or with a hydraulic cylinder 31 shown as an example.
  • the electronic control unit 32 actuates the valve device 25 such that the working line 22 is connected either via a storage line 27 to the hydraulic accumulator 26 or to a second working line 29 or a third working line 30 second
  • the hydraulic cylinder 31 is a double-acting hydraulic cylinder in the illustrated embodiment.
  • the invention is not limited to the illustrated hydraulic cylinder 31. Rather, different and especially more hydraulic consumers may be provided as working hydraulics.
  • valve device 25 is further connected to a flash line 28.
  • the expansion line 28 opens into a tank volume 23.
  • a first rotational speed sensor 33 and a second rotational speed sensor 34 are provided.
  • the first rotational speed sensor 33 and the second rotational speed sensor 34 are connected to the electronic control unit 32 via a first sensor line 35 and a second sensor line 36, respectively.
  • the second detected speed in the epicyclic gearing 5 is the rotational speed of the sun gear shaft 11.
  • the rotational speed sensor is arranged in the region of the shaft 14.
  • the second speed sensor 34 may also be arranged in the region of the sun gear shaft 11. This has the advantage that it is possible to detect the rotational speed of the sun gear shaft 11 even when the further clutch 13 is open.
  • the electronic control unit 32 is supplied with further parameters of the drive system 1 according to the invention. Due to these parameters, which include, for example, a signal about the successful insertion of another gear of the transmission 4, the control lines 37 is the Valve device 25 and the adjustment 24 driven. The activation of the valve device 25 and the adjusting device 24 will be explained below with reference to FIGS. 4 to 6.
  • a central control unit 60 is also available.
  • the central control unit 60 coordinates the setting of the engine 2 and the hydrostatic machine 3.
  • the central control unit 60 is connected to the electronic control unit 32.
  • an accelerator pedal position of an accelerator pedal 61 is supplied to the central control unit 60.
  • the position of the accelerator pedal 61 is determined for example via an angle sensor 62 and supplied to the central control unit 60 in the form of an electrical signal.
  • the central control unit 60 is also in communication with a diesel control unit 63.
  • the diesel control unit 63 ultimately specifies a setpoint speed for the primary drive machine 2. The implementation can then take place, for example, by regulating the injection quantity of a diesel engine as primary drive machine 2.
  • a desired torque of the drive system 1 is predetermined by an operator.
  • An information about this theoretical moment M t heor. is, as shown in FIG. 1 by the dashed arrow between the electronic control unit 32 and the central control unit 60, transmitted to the central control unit 60.
  • the central control unit 60 determines a setpoint speed for the prime mover 2 and transfers a corresponding speed value to the diesel control unit 63.
  • the diesel control unit 63 in turn controls the engine 2, for example by specifying an injection quantity.
  • the clutch 12 After synchronization, the clutch 12 is closed, so that the torque generated by the hydrostatic machine 3 and the engine 2 are added.
  • the torque which can be generated by the hydrostatic machine 3, which is dependent on the pressure in the hydraulic accumulator 26 in addition to the setting of the hydrostatic machine 3, is taken into account by the central control device 60 when determining the torque to be realized by the drive machine 2.
  • the central control device 60 When the hydraulic accumulator 26 is empty, a drive is then effected solely by the drive machine 2.
  • the electronic control unit 32 which is informed of the charge state of the hydraulic accumulator 26, then transmits to the central control unit 60 the information that a torque to be added is passing through the hydrostatic machine 3 is not feasible. Accordingly, the control takes place solely via the central control unit 60 and the diesel control unit 63 provided to implement the request.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the drive system 1 'according to the invention.
  • the drive shaft 10 and the transmission input shaft 17 are arranged coaxially with each other.
  • moments acting in the radial direction are avoided in the waves.
  • the basic structure, and in particular the method for controlling the drive system in the drive system 1 'shown in FIG. 2 corresponds to the structure of the drive system 1 shown in FIG. 1.
  • identical reference numerals are therefore omitted.
  • the sun gear 11 ' designed as a hollow shaft.
  • the transmission input shaft 17 can thus be passed through the sun gear 11 '. This allows the coaxial arrangement of the transmission input shaft 17 with both the sun gear 11 'and the drive shaft 10.
  • the internal combustion engine 2 is connected via the drive shaft 10 with the ring gear 6.
  • the planetary gear 5 ' is basically the same as the planetary gear 5 of FIG. 1 executed.
  • the transmission input shaft 17 is connected to the planet carrier 9.
  • the gear stage 15 of the first embodiment is eliminated.
  • a clutch 12' is provided for blocking the planetary gear 5 '.
  • the coupling 12 ' is as
  • Friction clutch in the form of a multi-plate clutch and includes a clutch basket 41 which is rotatably connected to the sun gear 11.
  • clutch discs are arranged and rotatably connected to the clutch basket 41.
  • clutch plates are arranged, which are rotatably connected to the transmission input shaft 17.
  • the clutch 12 When engaged, therefore, the clutch 12 'connects the transmission input shaft 17 to the sun gear shaft 11' by axially pressing the clutch plates and clutch linings together.
  • the planet carrier 9 and the sun gear 7 are rotatably connected to each other and the planetary gear 5 is blocked.
  • the hydrostatic machine 3 is connected via a further coupling 13 'with an intermediate shaft 39.
  • the intermediate shaft 39 cooperates with the clutch basket 41 via a further transmission stage 40.
  • a clutch basket 41 as well as on the intermediate shaft 39 are each a gear arranged, which are in permanent engagement with each other.
  • the rotational speeds of the planet carrier 9 and the sun gear 7 and the speed ratio are determined. This can be done either directly by measuring the speeds of the sun gear shaft 11 'and the transmission input shaft 17, or computationally, e.g. the speed of the intermediate shaft 39 is detected.
  • valve device 25 To simplify the illustration, working hydraulics that can be connected via the valve device 25 to the hydrostatic piston machine 3 have been dispensed with. However, it is readily apparent that in the second embodiment shown in FIG. 2 instead of the illustrated direct connection of the hydrostatic piston machine 3 to the hydraulic accumulator 26, a valve device 25 may be provided.
  • FIG. Fig. 3 Another embodiment of a drive system 1 "is shown in FIG. Fig. 3 differs in principle in the construction of the epicyclic gear 5 '' of the trained with a ring gear 6 planetary gears 5, 5 '.
  • the drive shaft 10 now interacts with a centrally arranged drive wheel 6 '.
  • the drive wheel 6 ' replaces the ring gear 6 and cooperates with first planet gears 8'.
  • the first planet gears 8 ' are rotatably arranged on axes of the planet carrier 9'. Coaxial with the first planetary gears 8 'second planet gears 8''are provided.
  • the second planet gears 8 '' are also rotatably arranged on the axes of the planet carrier 9.
  • the second planet gears 8 '' are in permanent engagement with the sun gear 7.
  • the sun gear 7 is connected to the transmission input shaft 17 in the illustrated third embodiment.
  • a clutch 12 For blocking the epicyclic gear 5 "according to the third embodiment, a clutch 12" is again provided.
  • the third clutch 12 '' is also designed as a multi-plate clutch and corresponds in its construction to that of the second embodiment of FIG.
  • Planet carrier 9 ' is fixed to the clutch basket 41' of the clutch 12 '' connected. With the clutch 12 '' so that the planet carrier 9 is rotatably connected to the drive shaft 10 and thus the planetary gear 5 '' blocked.
  • the internal combustion engine 2 rotates at a certain speed. This point is designated P 0 in FIG. 4.
  • the transmission 4 is in its idle position and the planet carrier. 9 stands still (P 4 ).
  • the speed difference between the ring gear 6 and the planet carrier 9 is compensated by the sun gear 7, which rotates with a speed and direction of rotation resulting from the gear ratio of the epicyclic gear 5 (Pi).
  • the hydrostatic machine 3 is adjusted to a vanishing displacement volume, unless it is set anyway to vanishing displacement volume.
  • a procedure with the essential steps for starting or switching to a higher gear is shown in FIG.
  • the adjustment of the hydrostatic machine 3 to a vanishing displacement volume is indicated in step 50.
  • the planetary gear 5 torque-free and a gear can be engaged in the transmission 4 (step 51).
  • the planet carrier 9 is still stationary and the speed compensation between the stationary planet carrier and the rotating, for example, at rated speed drive shaft 10 is compensated by an opposite rotation of the sun gear 11.
  • the clutch 13 is closed and the shaft 14 is driven at the speed corresponding to the speed of the sun gear shaft 11.
  • the hydrostatic machine 3 is set to vanishing displacement volume and is now swung by the adjusting device 24 in the direction of increasing displacement volume.
  • the working line 22 is connected to the beginning of the adjustment of the displacement volume via the valve device 25 to the storage line 27.
  • the electronic control unit 32 receives a signal from the transmission 4 that the gear ratio is engaged.
  • Charging of the hydrostatic accumulator 26 increases the resistance against which pressure medium has to be delivered through the hydrostatic machine 3.
  • the pressure medium, which by the hydrostatic piston machine 3 is conveyed is conveyed into the hydraulic storage element 26.
  • the working line 22 is connected via the valve device 25 to the storage line 27.
  • the driving of the valve device 25 is also performed by the electronic control unit 32.
  • the hydrostatic machine 3 By filling the hydraulic accumulator 26, the hydrostatic machine 3 is braked.
  • the speed of the hydrostatic machine 3 and thus the speed of the sun gear 7 decreases along the line 43 to the point? 2 -
  • the braking takes place by an increase of the moment, which acts on the hydrostatic machine 3 due to the accumulator pressure.
  • the planetary carrier 9 is increasingly accelerated in the same direction with the direction of rotation of the ring gear 6 and the vehicle moves on.
  • the further increasing moment due to the charging process of the hydraulic accumulator 26 eventually exceeds the load torque.
  • the flow direction of the pressure medium reverses, and pressure medium is supplied from the hydraulic accumulator 26 of the hydrostatic machine 3.
  • the hydrostatic machine 3 reverses its direction of rotation and the epicyclic gear 5 acts as a summing gear.
  • the moments of the hydrostatic machine 3 and the internal combustion engine 2 are summed and fed to the transmission input shaft 17.
  • the electronic control unit 32 To detect such a synchronization, the electronic control unit 32, the signal of the first speed sensor 33 and the signal of the second
  • Speed sensor 34 supplied. If the synchronization is detected, the clutch 12 is closed and thus the planetary gear 5 is blocked (step 54). If still pressure energy stored in the hydraulic accumulator 26 is, this can be used for further acceleration.
  • the further clutch 13 can be opened to avoid losses.
  • the hydrostatic machine 3 is decoupled from the epicyclic gearbox 5 and losses due to the entrainment of the hydrostatic piston machine 3 are avoided.
  • the closing of the clutch 12 can also be done simultaneously with the adjustment of the displacement volume of the hydrostatic machine 3 to support the synchronization.
  • the internal combustion engine 2 is located at point P 0 at the beginning of the starting process.
  • the sun gear 7 rotates in the opposite direction with the speed indicated in the point Pi.
  • the rotational speed of the sun gear 7 shifts along the line 43 in the direction of the point P 2 .
  • the rotational speed decreases slightly along the line 42 in the direction of P 6 . If the standstill of the sun gear 7 and thus the hydrostatic machine 3 is reached, the direction of rotation of the hydrostatic machine 3 reverses due to the applied accumulator pressure on the hydrostatic machine 3, and the torque generated by the hydrostatic machine 3 is the planetary gear 5 via the sun gear. 7 fed.
  • the further acceleration ensures that at the point P 3, the sun gear 7 and the ring gear 6 rotate in the same direction to each other. As soon as the rotational speeds of the sun gear 7 and the ring gear 6 are identical, or in another defined relationship to each other, the clutch 12 is closed and the planetary gear 5 is blocked. This is indicated by the horizontal line 56 in FIG. 4. A further acceleration is achieved by speed increase by the internal combustion engine. 2 carried out. This leads to a parallel shift of the line 56 in the direction of the maximum speed.
  • An alternative criterion for closing the clutch 12 may be e.g. be reached when the point P6 is reached by the ring gear 6 and the point P3 through the sun gear 7. The clutch 12 is then closed and the synchronization is completed by the friction elements
  • Fig. 5 the process flow for hydrostatic starting of the internal combustion engine 2 is shown. First, the planet carrier 9 is blocked (step 45).
  • the clutch 12 is opened and the further clutch 13 is closed (step 46).
  • the hydrostatic machine 3 is swung so far that, due to the pressure energy stored in the hydraulic accumulator 26, sufficient torque can be provided on the shaft 14 (step 47).
  • the valve device 25 is controlled so that the storage line 27 is connected to the working line 22 (step 48).
  • the displacement volume of the hydrostatic piston engine 3 is again adjusted to zero displacement volume (step 49).
  • Figs. 5 and 6 relate to the embodiment shown in FIG. However, it should be noted that in the case of the embodiment 3 of FIG. 3 instead of the planet carrier for starting the transmission input shaft or the sun gear 7 of the planetary gear 5 '' must be blocked.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems (1) sowie ein Antriebssystem (1) mit einer Antriebsmaschine (2), die mit einem ersten Element (6) eines Umlaufgetriebes (5) verbunden ist. Das Antriebssystem (1) umfasst ferner ein Schaltgetriebe (4), das mit einem dritten Element (9) des Umlaufgetriebes (5) verbunden ist. Ferner ist eine hydrostatische Maschine (3) vorgesehen, die mit einem zweiten Element (7) des Umlaufgetriebes (5) verbunden ist. Die hydrostatische Maschine (3) wird auf ein verschwindendes Verdrängungsvolumen (V<SUB>hM</SUB>) gestellt. Eine Gangstufe des Schaltgetriebes (4) wird eingelegt. Das Verdrängungsvolumen (V<SUB>hM</SUB>) der hydrostatischen Maschine (3) wird erhöht und die hydrostatische Maschine (3) lädt einen hydraulischen Speicher 26 auf. Nach dem Erreichen eines Momentengleichgewichts in dem Umlaufgetriebe (5) wird das Verdrängungsvolumen (V<SUB>hM</SUB>) der hydrostatischen Maschine (3) weiter erhöht. Der hydraulische Speicher (26) entlädt sich über die hydrostatische Maschine (3) und im Umlaufgetriebe (5) wird ein durch die hydrostatische Maschine (3) erzeugtes Drehmoment zugeführt. Bei Gleichlauf des Umlaufgetriebes wird eine Kupplung (12) zum Blockieren des Umlaufgetriebes (5) geschlossen. Der hydraulische Speicher (26) wird über die hydrostatische Maschine (3) weiter entladen und addiert ein Drehmoment zu dem durch die Antriebsmaschine (2) erzeugten Drehmoment.

Description

Verfahren zur Steuerung eines Antriebs und AntriebsSystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebs sowie ein Antriebssystem mit einer Antriebsmaschine, einem Umlaufgetriebe und einem Schaltgetriebe .
Aus der DE 199 34 696 Al ist ein elektrodynamisches Antriebssystem bekannt. Das elektrodynamische Antriebssystem umfasst eine Antriebsmaschine, die mit einem Schaltgetriebe über ein Planetengetriebe verbunden ist. Das Planetengetriebe umfasst drei Elemente. Ein erstes Element des Planetengetriebes ist mit der Antriebsmaschine verbunden. Ein zweites Element des Planetengetriebes ist mit einem Elektromotor verbunden. Das dritte Element des Planetengetriebes ist mit dem nachgeschalteten Schaltgetriebe verbunden. Das Planetengetriebe ersetzt eine Reibkupplung bzw. einen hydrodynamischen Wandler. Ein Drehzahlangleich zwischen dem ersten Element des Planetengetriebes, das mit der Antriebsmaschine verbunden ist, und einer Getriebeeingangswelle, die mit dem dritten Element des Planetengetriebes verbunden ist, erfolgt durch Leistungsaufnahme durch den Elektromotor.
Das bekannte elektrodynamische Antriebssystem hat den Nachteil, dass zur Aufnahme der Leistung während der Synchronisation des Schaltgetriebeeingangs mit der Antriebsmaschine ein Elektromotor eingesetzt wird. Die dadurch aus der bei der Synchronisation frei werdenden Energie gewonnene Energie liegt als elektrische Energie vor und kann lediglich Verbrauchern zugeführt werden, die eine elektrische Leistung aufnehmen können. Damit ist der Einsatz auf solche Antriebssysteme beschränkt, die ein elektrisches Bordnetz in dem Fahrzeug aufweisen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebs sowie ein Antriebssystem zu schaffen, bei dem die gewonnene Energie auf einfache Weise effizient und flexibel wieder genutzt werden kann.
Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 sowie das erfindungsgemäße Antriebssystem nach Anspruch 8 gelöst.
Erfindungsgemäß weist das Antriebssystem eine Antriebsmaschine auf, die mit einem ersten Element eines Umlaufgetriebes verbunden ist. Ferner weist das
Antriebssystem eine Kupplung auf, mit der das erste Element mit einem zweiten Element des Umlaufgetriebes lösbar verbunden ist. Ferner ist ein Schaltgetriebe vorgesehen, das mit einem dritten Element des Umlaufgetriebes verbunden ist. Das zweite Element des
Umlaufgetriebes ist mit einer in ihrem Verdrängungsvolumen verstellbaren hydrostatischen Maschine verbunden. Zur Speicherung und unmittelbaren Rückgewinnung von Energie während eines Anfahrvorgangs oder eines Schaltvorgangs wird die hydrostatische Maschine zunächst auf ein verschwindendes Verdrängungsvolumen verstellt. In diesem Zustand ist das Umlaufgetriebe momentenfrei und es kann eine Gangstufe des Schaltgetriebes eingelegt werden. Zum Anfahren bzw. Synchronisieren wird zunächst das Verdrängungsvolumen der hydrostatischen Maschine erhöht.
Die hydrostatische Maschine wird damit als Pumpe betrieben und lädt einen hydraulischen Speicher auf. Das Aufladen des hydraulischen Speichers erfolgt solange, bis ein Momentengleichgewicht erreicht ist. Das weitere Erhöhen des Verdrängungsvolumens der hydrostatischen Maschine führt zu einer Umkehr des Energieflusses. Der hydraulische Speicher entlädt sich über die hydrostatische Maschine und führt somit dem Umlaufgetriebe ein Drehmoment zu. In dem Umlaufgetriebe wird die Drehzahl von zwei Elementen des Umlaufgetriebes erfasst. Wird eine verschwindende Drehzahldifferenz oder das Erfüllen eines anderen drehzahlabhängigen Kriteriums zwischen zwei Elementen des Umlaufgetriebes erkannt, so wird die Kupplung zum Blockieren des Umlaufgetriebes geschlossen. Zur weiteren Beschleunigung wird der hydraulische Speicher weiterhin über die hydrostatische Maschine entladen, wodurch die durch die Antriebsmaschine aufzubringende primäre Energie reduziert wird.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des erfindungsgemäßen Antriebssystems ausgeführt.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die hydrostatische Maschine mittels einer Ventilvorrichtung mit dem hydraulischen Speicher oder einer Arbeitshydraulik; verbunden ist. Damit kann zum Versorgen der Arbeitshydraulik mit Druckmittel die hydrostatische
Maschine des erfindungsgemäßen Antriebssystems eingesetzt werden. Hierzu wird das Schaltgetriebe in eine Leerlaufposition gebracht und das Umlaufgetriebe durch Schließen der Kupplung blockiert. Die Antriebsleistung der Antriebsmaschine wird damit der hydrostatischen Maschine zugeführt, die als Pumpe arbeitet. Das durch sie unter Druck gesetzte Druckmittel wird einer Arbeitshydraulik zugeführt .
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird für einen normalen Fahrbetrieb, bei dem die hydrostatische Maschine nicht zur Momentenaddition bzw. der Rückgewinnung von Energie herangezogen wird, die hydrostatische Maschine mittels einer weiteren Kupplung von dem Umlaufgetriebe abgekuppelt. Damit werden Verluste durch die hydrostatische Maschine vermieden. Zur Durchführung eines Gangstufenwechsels in dem Schaltgetriebe wird vorzugsweise zunächst die Kupplung geöffnet und damit die Blockierung des Umlaufgetriebes aufgehoben. Anschließend wird das Verdrängungsvolumen der hydrostatischen Maschine auf Null gestellt, so dass das Umlaufgetriebe momentenfrei ist. In diesem Zustand kann ein Gangwechsel in dem Schaltgetriebe erfolgen, da ein einfacher Drehzahlangleich in dem Umlaufgetriebe möglich ist. Der Drehzahlausgleich erfolgt über das mit der hydrostatischen Maschine verbundene Element des Umlaufgetriebes. Wegen des Nullschwenkens der hydrostatischen Maschine kann sich dieses Element frei drehen. Zum Wiederherstellen des Kraftschlusses zwischen der Antriebsmaschine und dem Schaltgetriebe wird anschließend wieder die hydrostatische Maschine in Richtung eines größeren Verdrängungsvolumens ausgeschwenkt .
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Kupplung als Reibungskupplung ausgeführt. Damit kann zur Unterstützung des Drehzahlausgleichs die Kupplung mit einer zunehmenden Anpresskraft geschlossen werden. Durch die damit zusätzlich entstehende Reibung wird die Synchronisation verbessert.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass zum Starten der Antriebsmaschine die hydrostatische Maschine verwendet wird. Hierzu wird die hydrostatische Maschine auf ein von Null verschiedenes Verdrängungsvolumen eingestellt und das mit dem Schaltgetriebe verbundene dritte Element des Umlaufgetriebes blockiert. Die hydrostatische Maschine wird mit dem hydraulischen Speicher verbunden und wirkt als Hydromotor, der den Antriebsmotor startet.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Antriebsmaschine auch mittels der hydrostatischen Maschine gestartet werden, indem die Kupplung zum Startvorgang geschlossen wird. Dabei ist, um ein Lastmoment zu verhindern, das Schaltgetriebe in seine LeerlaufStellung zu bringen. Bei geschlossener Kupplung sind die hydrostatische Maschine und die Antriebsmaschine starr miteinander verbunden und der notwendige Drehzahlausgleich erfolgt über das zweite Element des Umlaufgetriebes, welches mit dem Schaltgetriebe verbunden ist. Da sich das Schaltgetriebe in Leerlaufposition befindet, kann sich das zweite Element des Umlaufgetriebes frei drehen. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Antriebssystems sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern des Antriebssystems sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste schematische Darstellung einer ersten Bauform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 eine zweite Bauform des erfindungsgemäßen Antriebssystems ;
Fig. 3 eine dritte Bauform des erfindungsgemäßen Antriebssystems;
Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der
Drehzahlverhältnisse während eines Anfahr- oder Schaltvorgangs;
Fig. 5 ein vereinfachter Verfahrensablauf zum Starten einer Antriebsmaschine; und
Fig. 6 ein vereinfachter Verfahrensablauf zur Erläuterung eines Gangstsufenwechsels .
In der Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebsystems 1 dargestellt. Das erfindungsgemäße Antriebssystem umfasst eine
Brennkraftmaschine 2 als Antriebsmaschine. In der Regel sind Brennkraftmaschinen von Nutzfahrzeugen als Dieselbrennkraftmaschinen ausgeführt .
Ferner umfasst das Antriebssystem 1 eine hydrostatische Maschine 3, die im dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel eine aus ihrer Neutralposition in beide Richtungen ausschwenkbare hydrostatische Maschine 3 ist z.B. eine Axialkolbenmaschine. Die hydrostatische Kolbenmaschine kann sowohl als Motor sowie auch als Pumpe eingesetzt werden und arbeitet im 4-Quadrantenbetrieb. Eine vereinfachte Ausführung ergibt sich mit einer lediglich in einer Richtung ausschwenkbaren hydrostatischen Maschine.
Zur Kraftübertragung an einen Fahrantrieb eines Fahrzeugs ist ein Schaltgetriebe 4 vorgesehen, welches zumindest zwei unterschiedliche Übersetzungsstufen als Gangstufen aufweist, zwischen denen in einem Schaltvorgang gewechselt werden kann.
Als Ersatz für eine üblicherweise eingesetzte Reibungskupplung oder einen hydrodynamischen Wandler ist zwischen der Brennkraftmaschine 2 und dem Schaltgetriebe 4 ein Umlaufgetriebe 5 angeordnet. Das Umlaufgetriebe 5 weist drei Elemente auf. Das erste Element ist ein Hohlrad 6. Das zweite Element ist ein Sonnenrad 7 und das dritte Element wird durch die Planetenräder 8 und den einen Planetenträger 9 gebildet. Die Planetenräder 8 sind sowohl mit einer inneren Verzahnung des Hohlrads 6 als auch mit einer äußeren Verzahnung des Sonnenrads 7 in permanentem Eingriff und drehbar auf dem Planetenträger 9 gelagert.
Die Brennkraftmaschine 2 ist über eine Antriebswelle 10 permanent mit dem Hohlrad 6 verbunden. Das Hohlrad 6 dreht daher mit einer identischen Drehzahl wie die Brennkraftmaschine 2. In dem ersten dargestellten Ausführungsbeispiel, auf das nachfolgend auch bei der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens Bezug genommen wird, ist das Sonnenrad 7 über eine Sonnenradwelle 11 mit der hydrostatischen Kolbenmaschine 3 verbunden. Die Sonnenradwelle 11 ist mittels einer Kupplung 12 drehfest mit dem Hohlrad 6 verbindbar. Bei geschlossener Kupplung 12 dreht sich somit das Umlaufgetriebe 5 als rotierende Einheit. Eine Relativbewegung der einzelnen Elemente des Umlaufgetriebes 5 zueinander ist dann nicht möglich. Die Zuordnung der Elemente des Umlaufgetriebes 5 zu Brennkraftmaschine 2, hydrostatischer Maschine 3 und Schaltgetriebe 4 ist beispielhaft. Andere Zuordnungen können nach Bedarf gewählt werden.
Zur Verbindung der Sonnenradwelle 11 mit der hydrostatischen Kolbenmaschine 3 ist eine weitere Kupplung 13 vorgesehen. Die weitere Kupplung 13 verbindet in geschlossenem Zustand die Sonnenradwelle 11 mit der Welle 14, welche permanent mit der hydrostatischen Maschine 3 verbunden ist. Bei geschlossener weiterer Kupplung 13 ist die Welle 14 drehfest mit der Sonnenradwelle 11 verbunden. In einer einfacheren Ausführungsform kann auf die weitere Kupplung 13 auch verzichtet werden.
Der Planetenträger 9 ist über eine Getriebestufe 15 mit dem Schaltgetriebe 4 verbunden. Das Schaltgetriebe 4 weist eine Getriebeeingangswelle 17 auf, welche drehfest mit einem Abtriebsrad 16 verbunden ist. Das Abtriebsrad 16 kämmt mit einer Außenverzahnung, die an dem Planetenträger 9 angeordnet ist.
Die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 17 wird einer eingelegten Gangstufe des Schaltgetriebes 4 entsprechend in eine Drehzahl einer Getriebeausgangswelle 18 übersetzt. Die Getriebeausgangswelle 18 ist mit einem Differenzialgetriebe 19 verbunden. Das Differenzialgetriebe 19 ist Bestandteil einer angetriebenen Fahrzeugachse 20 und überträgt das eingangsseitig über die Getriebeausgangswelle 18 zugeführte Drehmoment auf Antriebswellen, die mit den angetriebenen Rädern der angetriebenen Achse 20 verbunden sind.
Die hydrostatische Maschine 3 weist zwei
Leitungsanschlüsse auf. Ein erster Leitungsanschluss ist mit einer Tankleitung 21 verbunden. Der zweite Leitungsanschluss der hydrostatischen Maschine 3 ist mit einer Arbeitsleitung 22 verbunden. In Abhängigkeit von dem eingestellten Fördervolumen und Förderrichtung der hydrostatischen Maschine 3 wird Druckmittel entweder aus der Tankleitung 21 angesaugt und in die Arbeitsleitung 22 gefördert oder über die Arbeitsleitung 22 der hydrostatischen Maschine 3 zugeführt und beim Betrieb der hydrostatischen Maschine 3 als Hydromotor über die Tankleitung 21 in ein Tankvolumen 23 entspannt.
Zur Einstellung der Förderrichtung der hydrostatischen Kolbenmaschine 3 bzw. der Strömungsrichtung sowie des Verdrängungsvolumens der hydrostatischen Maschine 3 ist eine Verstellvorrichtung 24 vorgesehen. Die Verstellvorrichtung 24 ist von herkömmlicher Bauart, so dass auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann. Die Verstellvorrichtung 24 wird durch ein elektronisches Steuergerät 32 mit einem Steuersignal beaufschlagt. Entsprechend wird ein Verdrängungsvolumen, beispielsweise durch Verstellen einer Schrägscheibe im Falle einer Kolbenmaschine nach Schrägscheibenbauart, eingestellt.
Das in der Fig. 1 dargestellte Antriebssystem 1 umfasst neben dem Fahrantrieb auch eine Arbeitshydraulik. Die hydrostatische Maschine 3 ist über die Arbeitsleitung 22 mit einer Ventilvorrichtung 25 verbunden. Über die
Ventilvorrichtung 25 kann die hydrostatische Maschine 3 entweder mit einem hydraulischen Speicher 26 oder aber mit einem beispielhaft dargestellten Hydraulikzylinder 31 verbunden werden. In Abhängigkeit von der jeweiligen Betriebssituation des Antriebssystems 1 wird durch das elektronische Steuergerät 32 die Ventilvorrichtung 25 so betätigt, dass die Arbeitsleitung 22 entweder über eine Speicherleitung 27 mit dem hydraulischen Speicher 26 verbunden ist oder mit einer zweiten Arbeitsleitung 29 oder einer dritten Arbeitsleitung 30. Die zweite
Arbeitsleitung 29 und die dritte Arbeitsleitung 30 münden in jeweils einem Arbeitsdruckraum des Hydraulikzylinders 31 aus. Der Hydraulikzylinder 31 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein doppelt wirkender Hydraulikzylinder. Die Erfindung ist nicht auf den dargestellten Hydraulikzylinder 31 beschränkt. Vielmehr können unterschiedliche und insbesondere auch mehrere hydraulische Verbraucher als Arbeitshydraulik vorgesehen sein.
Die Volumenänderung bei einer Bewegung des Kolbens in dem Hydraulikzylinder 31 ist in beiden Stelldruckkammern unterschiedlich. Um einen Volumenausgleich zu ermöglichen, ist die Ventilvorrichtung 25 ferner mit einer Entspannungsleitung 28 verbunden. Die Entspannungsleitung 28 mündet in einem Tankvolumen 23 aus.
Zur Erfassung der Drehzahlen der Antriebswelle 10 und eines zweiten Elements des Umlaufgetriebes 5 sind ein erster Drehzahlsensor 33 und ein zweiter Drehzahlsensor 34 vorgesehen. Der erste Drehzahlsensor 33 bzw. der zweite Drehzahlsensor 34 sind über eine erste Sensorleitung 35 bzw. eine zweite Sensorleitung 36 mit dem elektronischen Steuergerät 32 verbunden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite erfasste Drehzahl in dem Umlaufgetriebe 5 die Drehzahl der Sonnenradwelle 11. Um eine leichtere Anordnung des Drehzahlsensors 34 zu ermöglichen, ist der Drehzahlsensor im Bereich der Welle 14 angeordnet. Der zweite Drehzahlsensor 34 kann jedoch ebenso im Bereich der Sonnenradwelle 11 angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass selbst bei geöffneter weiterer Kupplung 13 ein Erfassen der Drehzahl der Sonnenradwelle 11 möglich ist.
Wie dies lediglich beispielhaft durch die weiteren Signalleitungen 38 angedeutet ist, werden dem elektronischen Steuergerät 32 noch weitere Parameter des erfindungsgemäßen Antriebssystems 1 zugeführt. Aufgrund dieser Parameter, zu denen beispielsweise ein Signal über das erfolgte Einlegen einer anderen Gangstufe des Getriebes 4 gehört, wird über Steuerleitungen 37 die Ventilvorrichtung 25 sowie die Verstellvorrichtung 24 angesteuert. Das Ansteuern der Ventilvorrichtung 25 und der Verstellvorrichtung 24 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 noch erläutert.
Zur Durchführung der erforderlichen Einstellungen ist ferner noch ein Zentralsteuergerät 60 vorhanden. Das Zentralsteuergerät 60 koordiniert die Einstellung der Antriebsmaschine 2 und der hydrostatischen Maschine 3. Hierzu ist das Zentralsteuergerät 60 mit dem elektronischen Steuergerät 32 verbunden. Ferner wird dem Zentralsteuergerät 60 eine Fahrpedalposition eines Fahrpedals 61 zugeführt. Die Position des Fahrpedals 61 wird beispielsweise über einen Winkelsensor 62 ermittelt und in Form eines elektrischen Signals dem Zentralsteuergerät 60 zugeführt.
Das Zentralsteuergerät 60 steht ferner mit einem Dieselsteuergerät 63 in Verbindung. Das Dieselsteuergerät 63 gibt letztlich eine Solldrehzahl für die primäre Antriebsmaschine 2 vor. Die Umsetzung kann dann beispielsweise durch Regelung der Einspritzmenge eines Dieselmotors als primäre Antriebsmaschine 2 erfolgen.
Mittels des Fahrpedals 61 wird durch einen Bediener jeweils ein Sollmoment des Antriebssystems 1 vorgegeben. Abhängig vom Ladezustand des hydraulischen Speichers 26, der über einen Drucksensor 27' in der Speicherleitung 27 erfasst wird, die Übersetzung sowie die Pumpengröße der hydrostatischen Maschine 3 ergibt sich ein zur Verfügung stehendes theoretisches Moment Mtheor., welches durch die hydrostatische Maschine 3 zur Verfügung steht. Eine Information über dieses theoretische Moment Mtheor. wird, wie es in der Fig. 1 durch den gestrichelten Pfeil zwischen dem elektronischen Steuergerät 32 und dem Zentralsteuergerät 60 dargestellt ist, an das Zentralsteuergerät 60 übermittelt. Unter Berücksichtigung der Information über das Sollmoment, welches durch einen Bediener mittels des Fahrpedals 61 vorgegeben wird, wird in einem Dieselkennfeld diejenige Dieseldrehzahl ermittelt, bei welcher das zur Umsetzung des Fahrwunsches erforderliche Moment der Antriebsmaschine 2 verfügbar ist. Das Zentralsteuergerät 60 ermittelt daraufhin eine Solldrehzahl für die Antriebsmaschine 2 und übergibt einen entsprechenden Drehzahlwert an das Dieselsteuergerät 63. Das Dieselsteuergerät 63 steuert nun seinerseits die Antriebsmaschine 2 beispielsweise durch Vorgabe einer Einspritzmenge an.
Nach einer Synchronisation ist die Kupplung 12 geschlossen, sodass das durch die hydrostatische Maschine 3 und die Antriebsmaschine 2 erzeugte Drehmoment addiert werden. Dabei wird das durch die hydrostatische Maschine 3 erzeugbare Moment, welches neben der Einstellung der hydrostatischen Maschine 3 abhängig von dem Druck in dem hydraulischen Speicher 26 ist, bei der Ermittlung des durch die Antriebsmaschine 2 zu realisierenden Moments durch das Zentralsteuergerät 60 berücksichtigt. Bei leerem hydraulischem Speicher 26 erfolgt dann ein Antrieb allein durch die Antriebsmaschine 2. Von der elektronischen Steuereinheit 32, welche über den Ladezustand des hydraulischen Speichers 26 informiert ist, wird dann an das Zentralsteuergerät 60 die Information weitergegeben, dass ein hinzuzufügendes Drehmoment durch die hydrostatische Maschine 3 nicht realisierbar ist. Dementsprechend erfolgt die Ansteuerung allein über das Zentralsteuergerät 60 und das zur Umsetzung der Anforderung vorgesehene Dieselsteuergerät 63.
In der Fig. 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebssystems 1' dargestellt. Im Unterschied zu dem einfachen schematischen Beispiel der Fig. 1 sind bei dem Beispiel nach Fig. 2 die Antriebswelle 10 und die Getriebeeingangswelle 17 koaxial zueinander angeordnet. Damit werden in radialer Richtung wirkende Momente bei den Wellen vermieden. Der prinzipielle Aufbau sowie insbesondere das Verfahren zum Steuern des Antriebssystems bei dem in der Fig. 2 dargestellten Antriebssystem 1' entspricht dem bereits in Fig. 1 erläuterten Aufbau des dort gezeigten Antriebssystems 1. Auf eine Wiederholung der Erläuterung identischer Elemente, die mit identischen Bezugszeichen bezeichnet sind, wird daher verzichtet.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 die Sonnenradwelle 11' als Hohlwelle ausgeführt. Die Getriebeeingangswelle 17 kann damit durch die Sonnenradwelle 11' hindurchgeführt werden. Dies ermöglicht die koaxiale Anordnung der Getriebeeingangswelle 17 sowohl mit der Sonnenradwelle 11' als auch mit der Antriebswelle 10. Wie schon im ersten
Ausführungsbeispiel ist die Brennkraftmaschine 2 über die Antriebswelle 10 mit dem Hohlrad 6 verbunden. Das Umlaufgetriebe 5' ist prinzipiell gleich dem Umlaufgetriebe 5 der Fig. 1 ausgeführt. Wie dort ist die Getriebeeingangswelle 17 mit dem Planetenträger 9 verbunden. Die Getriebestufe 15 des ersten Ausführungsbeispiels entfällt jedoch.
Zum Blockieren des Umlaufgetriebes 5' ist wiederum eine Kupplung 12' vorgesehen. Die Kupplung 12' ist als
Reibungskupplung in Form einer Lamellenkupplung ausgeführt und umfasst einen Kupplungskorb 41, der drehfest mit der Sonnenradwelle 11 verbunden ist. In dem Kupplungskorb 41 sind Kupplungsscheiben angeordnet und drehfest mit dem Kupplungskorb 41 verbunden. Zwischen den drehfest mit dem Kupplungskorb 41 verbundenen Kupplungsscheiben sind Kupplungsbeläge angeordnet, die drehfest mit der Getriebeeingangswelle 17 verbunden sind. In eingerücktem Zustand verbindet daher die Kupplung 12' die Getriebeeingangswelle 17 mit der Sonnenradwelle 11', indem die Kupplungsscheiben und Kupplungsbeläge axial aneinander gepresst werden. Damit werden der Planetenträger 9 und das Sonnenrad 7 miteinander drehfest verbunden und das Umlaufgetriebe 5 wird blockiert. Die hydrostatische Maschine 3 ist über eine weitere Kupplung 13' mit einer Zwischenwelle 39 verbunden. Die Zwischenwelle 39 wirkt über eine weitere Übersetzungsstufe 40 mit dem Kupplungskorb 41 zusammen. Hierzu ist einem Kupplungskorb 41 ebenso wie an der Zwischenwelle 39 jeweils ein Zahnrad angeordnet, die in permanentem Eingriff miteinander sind.
Zur Bestimmung des Schließzeitpunkts der Kupplung 12' werden die Drehzahlen des Planetenträgers 9 und des Sonnenrads 7 bzw. das Drehzahlverhältnis ermittelt. Dies kann entweder direkt durch Messung der Drehzahlen der Sonnenradwelle 11' und der Getriebeeingangswelle 17 oder rechnerisch erfolgen, wenn z.B. die Drehzahl der Zwischenwelle 39 erfasst wird.
Zur Vereinfachung der Darstellung ist auf eine Arbeitshydraulik, die über die Ventilvorrichtung 25 mit der hydrostatischen Kolbenmaschine 3 verbindbar ist, verzichtet worden. Es ist jedoch ohne weiteres ersichtlich, dass auch in dem in der Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel anstelle der gezeigten unmittelbaren Verbindung von der hydrostatischen Kolbenmaschine 3 zu dem hydraulischen Speicher 26 eine Ventilvorrichtung 25 vorgesehen sein kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Antriebssystems 1' ' ist in der Fig. 3 dargestellt. Die Fig. 3 unterscheidet sich grundsätzlich im Aufbau des Umlaufgetriebes 5' ' von den mit einem Hohlrad 6 ausgebildeten Umlaufgetrieben 5, 5' .
Anstelle des Hohlrades 6 wirkt die Antriebswelle 10 nun mit einem zentral angeordneten Antriebsrad 6' zusammen. Das Antriebsrad 6' ersetzt das Hohlrad 6 und wirkt mit ersten Planetenrädern 8' zusammen. Anstelle des lediglich einen dargestellten ersten Planetenrades 8' sind, über den Umfang verteilt mehrere solcher erster Planetenräder 8' angeordnet. Die ersten Planetenräder 8' sind drehbar auf Achsen des Planetenträgers 9' angeordnet. Koaxial zu den ersten Planetenrädern 8' sind zweite Planetenräder 8'' vorgesehen. Die zweiten Planetenräder 8'' sind ebenfalls drehbar auf den Achsen des Planetenträgers 9 angeordnet. Die zweiten Planetenräder 8'' sind in permanentem Eingriff mit dem Sonnenrad 7. Das Sonnenrad 7 ist in dem dargestellten dritten Ausführungsbeispiel mit der Getriebeeingangswelle 17 verbunden.
Zum Blockieren des Umlaufgetriebes 5' ' gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist wiederum eine Kupplung 12'' vorgesehen. Die dritte Kupplung 12'' ist ebenfalls als Lamellenkupplung ausgeführt und entspricht in ihrem Aufbau dem des zweiten Ausführungsbeispiels der Fig. 2. Der
Planetenträger 9' ist fest mit dem Kupplungskorb 41' der Kupplung 12'' verbunden. Bei geschlossener Kupplung 12'' wird damit der Planetenträger 9 mit der Antriebswelle 10 drehfest verbunden und somit das Umlaufgetriebe 5'' blockiert.
Der weitere Aufbau des Antriebssystems 1'' entspricht dem der Fig. 2, so dass auf eine erneute detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.
Das Verfahren zur Steuerung der Antriebssysteme 1, 1', 1'' wird nunmehr unter Berücksichtigung der Figuren 4 bis 6 und ausgehend von dem in der Fig. 1 dargestellten ersten Beispiel des Antriebssystems 1 der Fig. 1 erläutert.
In der Fig. 4 sind die Drehzahlverhältnisse der Elemente des Umlaufgetriebes 5 dargestellt. Nachfolgend wird die Änderung der Drehzahlen der einzelnen Elemente für das Beispiel eines Anfahrvorgangs erläutert.
Bevor das Fahrzeug anfährt, dreht die Brennkraftmaschine 2 mit einer bestimmten Drehzahl. Dieser Punkt ist in der Fig. 4 mit P0 bezeichnet. Das Schaltgetriebe 4 befindet sich in seiner Leerlaufposition und der Planetenträger 9 steht still (P4) . Der Drehzahlunterschied zwischen dem Hohlrad 6 und dem Planetenträger 9 wird durch das Sonnenrad 7 ausgeglichen, welches sich mit einer aus dem Übersetzungsverhältnis des Umlaufgetriebes 5 ergebenden Drehzahl und Drehrichtung rotiert (Pi) . Zu Beginn eines Anfahrvorgangs wird die hydrostatische Maschine 3 auf ein verschwindendes Verdrängungsvolumen verstellt, sofern sie nicht ohnehin auf verschwindendes Verdrängungsvolumen eingestellt ist. Ein Verfahrensablauf mit den wesentlichen Schritten zu Anfahrvorgang bzw. das Schalten in einen höheren Gang ist in Fig. 6 dargestellt. Das Verstellen der hydrostatischen Maschine 3 auf ein verschwindendes Verdrängungsvolumen ist in Schritt 50 angegeben.
In diesem Zustand mit nullgeschwenkter hydrostatischer
Maschine 3 ist das Umlaufgetriebe 5 momentenfrei und eine Gangstufe kann in dem Schaltgetriebe 4 eingelegt werden (Schritt 51). Der Planetenträger 9 steht weiterhin still und der Drehzahlausgleich zwischen dem stillstehenden Planetenträger und der beispielsweise mit Nenndrehzahl rotierenden Antriebswelle 10 wird durch eine gegenläufige Rotation der Sonnenradwelle 11 ausgeglichen. Die Kupplung 13 ist geschlossen und die Welle 14 wird mit der der Drehzahl der Sonnenradwelle 11 entsprechenden Drehzahl angetrieben. Die hydrostatische Maschine 3 ist auf verschwindendes Verdrängungsvolumen gestellt und wird durch die Verstellvorrichtung 24 nunmehr in Richtung größer werdenden Verdrängungsvolumen ausgeschwenkt. Die Arbeitsleitung 22 ist zum Beginn der Verstellung des Verdrängungsvolumens über die Ventilvorrichtung 25 mit der Speicherleitung 27 verbunden. Zur Definition des richtigen Zeitpunkts erhält das elektronische Steuergerät 32 ein Signal von dem Schaltgetriebe 4, dass die Gangstufe eingelegt ist. Mit zunehmendem Ausschwenken der hydrostatischen Maschine 3 (Schritt 52) und zunehmender
Aufladung des hydrostatischen Speichers 26 erhöht sich der Widerstand, gegen den durch die hydrostatische Maschine 3 Druckmittel gefördert werden muss. Das Druckmittel, welches durch die hydrostatische Kolbenmaschine 3 gefördert wird, wird in das hydraulische Speicherelement 26 gefördert. Hierzu ist die Arbeitsleitung 22 über die Ventilvorrichtung 25 mit der Speicherleitung 27 verbunden. Das Ansteuern der Ventilvorrichtung 25 wird ebenfalls durch das elektronische Steuergerät 32 durchgeführt.
Durch das Auffüllen des hydraulischen Speichers 26 wird die hydrostatische Maschine 3 abgebremst. Die Drehzahl der hydrostatischen Maschine 3 und damit die Drehzahl des Sonnenrads 7 verringert sich entlang der Linie 43 zum Punkt ?2- Das Abbremsen erfolgt durch ein Ansteigen des Moments, das aufgrund des Speicherdrucks auf die hydrostatische Maschine 3 wirkt. Infolgedessen wird der Planetenträger 9 gleichsinnig mit der Drehrichtung des Hohlrads 6 zunehmend beschleunigt und das Fahrzeug fährt an. Das weiter ansteigende Moment aufgrund des Ladevorgangs des hydraulischen Speicher 26 übersteigt irgendwann das Lastmoment. Infolgedessen kehrt sich die Strömungsrichtung des Druckmittels um, und Druckmittel wird aus dem hydraulischen Speicher 26 der hydrostatischen Maschine 3 zugeführt. Die hydrostatische Maschine 3 kehrt ihre Drehrichtung um, und das Umlaufgetriebe 5 wirkt als Summiergetriebe. Dabei werden die Momente der hydrostatischen Maschine 3 und der Brennkraftmaschine 2 summiert und der Getriebeeingangswelle 17 zugeführt. Mit zunehmender Beschleunigung des Sonnenrads 11, das sich nun gleichsinnig mit der Antriebswelle 10 und damit dem Hohlrad 6 dreht, führt in einem Synchronisationszeitpunkt zu einer Drehzahlgleichheit der Drehzahl des Sonnenrads 7 (nSonne) und der Drehzahl des Hohlrads 6 (nHθhirad/ Schritt 53) .
Um einen solchen Gleichlauf zu erkennen, wird dem elektronischen Steuergerät 32 das Signal des ersten Drehzahlsensors 33 und das Signal des zweiten
Drehzahlsensors 34 zugeführt. Wird der Gleichlauf erkannt, so wird die Kupplung 12 geschlossen und damit das Umlaufgetriebe 5 blockiert (Schritt 54) . Sofern noch Druckenergie in dem hydraulischen Speicher 26 gespeichert ist, kann dieser zur weiteren Beschleunigung genutzt werden.
Ist das hydraulische Speicherelement 26 leer oder ist der verfügbare Druck so gering, dass eine sinnvolle Ausnutzung nicht möglich ist, so kann zur Vermeidung von Verlusten die weitere Kupplung 13 geöffnet werden. In diesem Zustand ist die hydrostatische Maschine 3 von dem Umlaufgetriebe 5 abgekoppelt und Verluste durch das Mitschleppen der hydrostatischen Kolbenmaschine 3 werden vermieden. Das Schließen der Kupplung 12 kann zur Unterstützung der Synchronisation auch gleichzeitig mit der Verstellung des Verdrängungsvolumens der hydrostatischen Maschine 3 erfolgen.
Wie es bereits angedeutet wurde, befindet sich am Beginn des Anfahrvorgangs die Brennkraftmaschine 2 im Punkt P0. Zum Drehzahlausgleich dreht sich das Sonnenrad 7 in entgegengesetzter Richtung mit der im Punkt Pi angegebenen Drehzahl. Mit zunehmendem Verdrängungsvolumen verschiebt sich die Drehzahl des Sonnenrads 7 entlang der Linie 43 in Richtung auf den Punkt P2 hin. Durch die zunehmende Last auf die Brennkraftmaschine 2 sinkt die Drehzahl entlang der Linie 42 in Richtung zu P6 hin geringfügig ab. Ist der Stillstand des Sonnenrades 7 und damit der hydrostatischen Maschine 3 erreicht, kehrt sich aufgrund des anliegenden Speicherdrucks an der hydrostatischen Maschine 3 die Drehrichtung der hydrostatischen Maschine 3 um, und das durch die hydrostatische Maschine 3 erzeugte Drehmoment wird dem Umlaufgetriebe 5 über das Sonnenrad 7 zugeführt. Die weitere Beschleunigung sorgt dafür, dass im Punkt P3 das Sonnenrad 7 und das Hohlrad 6 gleichsinnig zueinander rotieren. Sobald die Drehzahlen des Sonnenrades 7 und des Hohlrades 6 identisch sind, oder in einem anderen definierten Verhältnis zueinander stehen, wird die Kupplung 12 geschlossen und das Umlaufgetriebe 5 blockiert. Dies ist durch die waagrechte Linie 56 in der Fig. 4 angedeutet. Eine weitere Beschleunigung wird durch Drehzahlerhöhung seitens der Brennkraftmaschine 2 durchgeführt. Dies führt zu einer Parallelverschiebung der Linie 56 in Richtung zu der maximalen Drehzahl hin.
Ein alternatives Kriterium zum Schließen der Kupplung 12 kann z.B. erreicht sein, wenn durch das Hohlrad 6 der Punkt P6 und durch das Sonnenrad 7 der Punkt P3 erreicht ist. Die Kupplung 12 wird dann geschlossen und durch die Reibelemente wird die Synchronisation vollendet
Die vorstehenden Ausführungen treffen in entsprechender Weise auch auf einen Gangwechsel zu. Wird beispielsweise aus dem ersten in den zweiten Gang hochgeschaltet, so muss in identischer Weise eine Drehzahldifferenz zwischen der Eingangswelle, also der Antriebswelle 10 und der Ausgangswelle, also der Getriebeeingangswelle 17 ausgeglichen werden. Zum Gangwechsel wird also zunächst die Kupplung 12 geöffnet und die hydrostatische Maschine 3 auf verschwindendes Verdrängungsvolumen gestellt. Damit ist das Umlaufgetriebe 5 wieder momentenfrei und der Drehzahlausgleich beim Gangwechsel erfolgt durch
Beschleunigung des Sonnenrads 7. Ist die neue Gangstufe eingelegt, wird wiederum das Verdrängungsvolumen der hydrostatischen Maschine 3 wie schon beim Anfahrvorgang erhöht. Das weitere Vorgehen entspricht dem des Anfahrvorgangs.
In entsprechender Weise wird beim Herunterschalten verfahren. Auch hier wird zunächst die Kupplung 12 getrennt und durch Verschwenken der hydrostatischen Maschine 3 auf ein verschwindendes Verdrängungsvolumen das Umlaufgetriebe 5 momentenfrei geschaltet. Nach Einlegen der niedrigeren Gangstufe in dem Schaltgetriebe 4 wird die hydrostatische Maschine 3 wiederum auf ein von Null verschiedenes Verdrängungsvolumen gestellt. Der hydraulische Speicher 26 wird aufgeladen und aufgrund der dabei dem hydraulischen Speicher 26 zugeführten Druckenergie wird die Getriebeeingangswelle 17 abgebremst. Zum Herunterschalten findet also eine hydrostatische Bremsung statt. Die aufgrund der Synchronisation gespeicherte Druckenergie wird vorzugsweise bei der Fahrzeugbeschleunigung durch eine Momentenaddition bei geschlossener Kupplung 12 zurückgeführt. Alternativ kann die Druckenergie auch in dem Arbeitskreislauf genutzt werden.
In Fig. 5 ist der Verfahrensablauf zum hydrostatischen Starten der Brennkraftmaschine 2 dargestellt. Zunächst wird der Planetenträger 9 blockiert (Schritt 45) .
Anschließend wird die Kupplung 12 geöffnet und die weitere Kupplung 13 geschlossen (Schritt 46) . Die hydrostatische Maschine 3 wird soweit ausgeschwenkt, bis aufgrund der in dem hydraulischen Speicher 26 gespeicherten Druckenergie ein ausreichendes Drehmoment an der Welle 14 zur Verfügung gestellt werden kann (Schritt 47) . Über das elektronische Steuergerät 32 wird die Ventilvorrichtung 25 so angesteuert, dass die Speicherleitung 27 mit der Arbeitsleitung 22 verbunden wird (Schritt 48) . Wenn die Brennkraftmaschine 2 erfolgreich gestartet ist, wird das Verdrängungsvolumen der hydrostatischen Kolbenmaschine 3 wieder auf Null Verdrängungsvolumen verstellt (Schritt 49) .
In der Regel folgt nach dem Anlassen der
Brennkraftmaschine 2 ein Anfahrvorgang, wie er vorstehend bereits unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert wurde.
Die Fig. 5 und 6 beziehen sich auf das in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel. Es ist jedoch zu beachten, dass im Falle des Ausführungsbeispiels 3 der Fig. 3 anstelle des Planetenträgers zum Anlassen die Getriebeeingangswelle bzw. das Sonnenrad 7 des Umlaufgetriebes 5'' blockiert werden muss.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr sind insbesondere Kombinationen von einzelnen Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Steuerung eines Antriebs mit einer Antriebsmaschine (2), die mit einem ersten Element
(6) eines Umlaufgetriebes (5, 5', 5'') verbunden ist, einem Schaltgetriebe (4), das mit einem zweiten Element (9) des Umlaufgetriebes (5) verbunden ist, und mit einer hydrostatischen Maschine (3), die mit einem dritten Element (7, 8', 8", 9') des
Umlaufgetriebes (5, 5', 5'') verbunden ist, mit folgenden Verfahrensschritten:
- Verstellen der hydrostatischen Maschine (3) auf ein verschwindendes Verdrängungsvolumen (Vωo 50) - Einlegen einer Gangstufe des Schaltgetriebes (4, 51)
- Erhöhen des Verdrängungsvolumens (Vh11, 52) und Aufladen eines hydraulischen Speicher (26) bis an der hydrostatischen Maschine (3) ein Momentengleichgewicht erreicht ist
- Weiteres Erhöhen des Verdrängungsvolumens (VhMf 52) der hydrostatischen Maschine (3) und Entladen des hydraulischen Speicher (26) über die hydrostatische Maschine (3) - Erfassen einer Drehzahldifferenz zwischen zwei Elementen des Umlaufgetriebes (5, 5', 5'')
- Schließen einer Kupplung (12) zum Blockieren des Umlaufgetriebes (5, 5', 5").
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Versorgen einer Arbeitshydraulik (31) mit Druckmittel durch die hydrostatische Maschine (3) das Schaltgetriebe (4) in eine Leerlaufposition gebracht wird und das Umlaufgetriebe (5, 5', 5'') durch
Schließen der Kupplung (12, 12', 12") blockiert wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Fahrbetrieb ohne Energierückgewinnung die hydrostatische Maschine (3) mittels einer weiteren Kupplung (13, 13') von dem Umlaufgetriebe (5, 5', 5'') abgekuppelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Gangstufenwechsel in dem
Schaltgetriebe (4) zunächst die Kupplung (12, 12', 12'') geöffnet wird und die hydrostatische Maschine (3) auf ein verschwindendes Verdrängungsvolumen (Vj1M) verstellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstützung der Synchronisation in dem Umlaufgetriebe (5, 5', 5'') Reibelemente der Kupplung (12, 12', 12") mit zunehmender Anpresskraft aneinander gelegt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Starten der Antriebsmaschine (2) die hydrostatische Maschine (3) auf ein von null verschiedenes Verdrängungsvolumen (VhM) eingestellt wird und das mit dem Schaltgetriebe (4) verbundene Element (8, 9, 7) des Umlaufgetriebes (5, 5', 5") blockiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Betriebssituation die hydrostatische Maschine (3) mit dem hydraulischen Speicher (26) oder einer Arbeitshydraulik (31) verbunden wird.
8. Antriebssystem mit einer Antriebsmaschine, die mit einem ersten Element (6) eines Umlaufgetriebes (5, 5', 5'') verbunden ist, mit einer Kupplung (12, 12', 12" ), die mit einem Element des Umlaufgetriebes (5, 5' , 5' ' ) verbunden ist und die in geschlossenem
Zustand zwei Elemente (6, 7, 9) drehfest miteinander verbindet, und mit einem Schaltgetriebe (4), das mit einem dritten Element (8, 9, 7) des Umlaufgetriebes (5, 5' , 5' ' ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element (7, 8', 8'', 9') des Umlaufgetriebes (5, 5', 5'') mit einer in ihrem Verdrängungsvolumen (VhM) verstellbaren hydrostatischen Maschine (3) verbunden ist.
9. Antriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatische Maschine (3) mittels einer Ventilvorrichtung (25) mit einem hydraulischen Speicher (26) oder einer Arbeitshydraulik (31) verbunden ist.
10. Antriebssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatische Maschine (3) mittels einer weiteren Kupplung (13, 13') mit dem zweiten Element (7, 8', 8", 9') des Umlaufgetriebes (5, 5', 5") verbunden ist.
11. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatische Maschine (3) in ihrer Ruheposition auf ein verschwindendes Verdrängungsvolumen (VhM) eingestellt ist.
12. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 8 bis
11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (12) eine Lammelenkupplung ist.
13. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 8 bis
12, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Schaltgetriebe (4) verbundene dritte Element (8, 9, 7) des Umlaufgetriebes (5, 5', 5'') blockierbar ist.
14. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene Kupplung (12, 12', 12'') das erste Element (6) und das zweite Element (7, 8', 8'', 9') des Umlaufgetriebes (5, 5', 5'') miteinander drehfest verbindet.
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