DE19711402A1

DE19711402A1 - Fahrantrieb

Info

Publication number: DE19711402A1
Application number: DE1997111402
Authority: DE
Inventors: Helmut Eymueller; Juergen Legner; Egon Mann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 1998-09-24

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrantrieb nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Fahrantriebe mit einem hydrostatischen Getriebe und einem mehrgängigen Zahnräderwechselgetriebe werden für mo bile Bau- und Arbeitsmaschinen verwendet, z. B. Radlader, Baggerlader, Hubstapler, Forstschlepper, Grader, Kranfahr zeuge, Müllfahrzeuge, Kehrmaschinen, Flugplatzservicema schinen usw. Sie zeichnen sich aus durch eine hohe Lei stungsdichte, eine freizügige Anordnung von An- und Ab trieb, die Fähigkeit, oszillierende und rotierende Aktuato ren zu bewegen, und die wirtschaftliche Lösung komplexer Antriebsaufgaben.

Gegenüber hydrostatischen Antrieben mit stationärem Einsatz, die der Industriehydraulik zuzuordnen sind, werden an Antriebe der Mobilhydraulik weitaus höhere Anforderungen gestellt, da sie immer im Freien und zudem sehr oft in un wegsamen Gelände und teilweise während der Fahrt Schwerst arbeit zu leisten haben. Zu den Sonderanforderungen gehö ren Unempfindlichkeit

- gegen Erschütterungen und Vibrationen,
- gegen Drehschwingungen der Brennkraftmaschine,
- gegen Witterungsschwankungen, Feuchtigkeit, Regen, Wasser, Staub und Schmutz, Sonneneinstrahlung,
- gegen elektrostatische und elektromagnetische Einflüsse,

sowie ein großer Betriebstemperaturbereich zwischen 25 und + 90°C.

Hinzu kommen Sicherheitsanforderungen gegen Bruch und Ausfall von Bauteilen und Funktionen sowie Maßnahmen, die einen Notbetrieb sicherstellen. Hierfür werden hermetisch abdichtende, als Sitzventile ausgebildete Sperrventile ein gesetzt, die an einem Zylinderanschluß angebracht, auch die Funktion einer Rohrbruchsicherung übernehmen. Ferner werden aus Sicherheitsgründen bei der Druckfilterung optische, akustische, elektronische Verschmutzungsanzeigen und -warn geräte vorgesehen. Neben mechanischen Sicherheitskomponen ten, Rohrbruchsicherungen, vibrationssicheren Hochdruckver schraubungen, gegenseitiger Verriegelung von Bewegungsein heiten, mechanischen Notbetätigungen, werden zu diesen Zwecken auch elektrische bzw. elektronische Steuer- und Regelkomponenten eingesetzt, die außerdem Sicherheiten ge gen Kabelbruch, Kurzschluß, Rechnerausfall und Ausfall von elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen bieten. Für wichtige Bauteile und Funktionen wird eine Redundanz vorge sehen, die nach Möglichkeit diversitär ausgebildet ist. Im Notfall soll eine Heimfahrt möglich sein, wenngleich auch die Funktionen eingeschränkt sind (LIMB-HOME-Technik).

Diese mobilen Arbeitsmaschinen arbeiten bei einer re lativ geringen Fahrgeschwindigkeit im wesentlichen unter 50 km/h. Dabei wird häufig eine hohe Zugkraft verlangt. Um die Arbeit zu erleichtern und die Fahrantriebe den wech selnden Betriebsbedingungen, der maximalen Leistung oder der Teillast unter ökonomischen und ökologischen Gesichts punkten anzupassen, müssen diese und die Grenzlast weitge hend automatisch gesteuert werden. Schließlich sollen die mobilen Arbeitsmaschinen leicht zu bedienen sein.

In der Regel treibt ein Primärantrieb die mobilen Ar beitsmaschinen über ein hydrostatisches Getriebe an, beste hend aus einer hydrostatischen Pumpe und einem hydrostati schen Motor, die in einem geschlossenen Kreislauf arbeiten. Aus energetischen Gründen werden heute hydraulische Antrie be mit größeren Leistungen und hoher Einschaltdauer primär seitig und teilweise auch sekundärseitig mit Verstellein heiten ausgerüstet, vorwiegend mit Axialkolbeneinheiten. Bei schlitzgesteuerten Axialkolbenmaschinen verwendet man vorzugsweise als Pumpen Schrägscheibenkonstruktionen und als Motoren Schrägachskonstruktionen.

Zwei Hilfspumpen, und zwar eine Speisepumpe und eine Steuerpumpe, werden vom Antriebsmotor angetrieben und er zeugen den Systemdruck und den Steuerdruck. Anstelle von zwei Hilfspumpen kann eine Hilfspumpe mit einem Verteiler system verwendet werden.

Ein mehrgängiges mechanisches Schaltgetriebe, das mei stens zwei oder drei Stufen aufweist und zweckmäßig als Lastschaltgetriebe gestaltet ist, verringert das Bauvolumen und den Bauaufwand für das hydrostatische Getriebe, indem der hydraulische Bereich mehrfach durchfahren wird. Steuer einrichtungen mit Signalgebern, Signalverarbeitern und Stelleinrichtungen sowie eine Energieversorgung und -steuerung mit Zusatzeinrichtungen wie Druckbegrenzungsven tilen, Speise- und Steuerpumpen sind weitgehend in die Pum pe oder den Motor integriert.

Als Primärantrieb werden in der Regel Hubkolben- Brennkraftmaschinen verwendet, nämlich Diesel- oder Ottomo toren. Sie besitzen immer häufiger eine elektronische Rege lung, durch die in Abhängigkeit von Motorparametern, Fahr parametern, Arbeitsparametern und Umgebungsparametern die Leistung, die Drehzahl und/oder das Drehmoment geregelt werden. Zur Regelung und als Regelgröße werden nicht nur die Parameter unmittelbar gemessen und in die Regelung ein bezogen, sondern auch ihre Veränderungen über der Zeit. Ferner werden aus ihnen rechnerisch weitere, kombinierte Regelparameter und Kenngrößen gebildet und mit vorgegebenen Sollgrößen, Kennlinien und Kennfeldern verarbeitet, wobei es möglich ist, die Sollwerte adaptiv auf veränderte Be triebsbedingungen einzustellen.

Die hydrostatische Pumpe, die als Verstellpumpe ausge bildet sein kann, wird häufig direkt am Antriebsmotor an geflanscht oder über geeignete Antriebsmittel, z. B. Keil riemengetriebe usw., angetrieben. Sie arbeitet mit einem hydrostatischen Motor zusammen, mit dem sie hydrostatisch verbunden ist. Der hydrostatische Motor, der als Konstant- oder Verstellmotor ausgebildet sein kann, treibt die Ein gangswelle eines Zahnräderwechselgetriebes an. Der Ver stellbereich des hydrostatischen Getriebes wird bestimmt durch die unterschiedlichen Förder- und Schluckvolumina der hydrostatischen Einheiten.

Die Regeleinheit bewirkt üblicherweise eine sogenannte automotive Steuerung, d. h., daß die hydrostatische Pumpe und/oder der hydrostatische Motor selbsttätig in Abhängig keit von der Drehzahl und der Last des Primärantriebs so geregelt wird, daß das Übersetzungsverhältnis mit steigen der Last zunimmt und mit steigender Drehzahl abnimmt. Die ser Regelung sind andere Regelungen und Steuerungen in Ab hängigkeit der oben genannten Parameter und Regelgrößen überlagert.

Das mehrgängige Zahnräderwechselgetriebe kann als Vor gelegegetriebe ausgebildet sein, jedoch findet man häufig Getriebe in Planetenbauweise, da sich ihre im wesentlichen rotationssymmetrischen Außenkonturen den Außenkonturen des hydrostatischen Motors gut anpassen. Dadurch können der hydrostatische Motor und das Zahnräderwechselgetriebe ohne Schwierigkeiten zu einer Baueinheit zusammengefaßt werden. Dagegen ermöglichen Getriebe in Vorgelegebauweise in einfa cher Weise einen Achsversatz zwischen der Eingangs- und Ausgangswelle.

Lastschaltelemente, die pneumatisch, hydraulisch, elektromagnetisch oder durch Federn betätigt werden, ent halten Reibungskupplungen mit ein- oder mehrflächigen Rei belementen in Form von Lamellen oder Reibkegeln. Um bei Ausfall der Steuerung oder der Energieversorgung den An trieb in einen sicheren Zustand zu schalten, werden häufig die Kupplungen durch Federkraft geschlossen und durch eine steuerbare Hilfskraft geöffnet.

In der Regel steuern elektromagnetisch betätigte Ven tile die Druckmittelzufuhr zu den Lastschaltelementen. Sie werden über elektronische Regeleinrichtungen getaktet und impulsweitenmoduliert (PWM) angesteuert.

Die Steuereinrichtung für den Fahrantrieb besteht aus Bedienelementen, Signalgebern, Signalwandlern, einer Si gnalverarbeitung, einer Aktuatorik und einer Anzeige. Die Bedienelemente sollen möglichst einfach sein. Häufig wird ein multifunktionaler Hebel verwendet. Die Signalgeber stellen Signale entsprechend den Regelgrößen und Regelpara metern zur Verfügung und ermitteln ferner mögliche Störgrö ßen.

Die Signalwandler wandeln die Signale der Signalgeber für die Signalverarbeitung um. Ferner passen sie die Aus gangssignale der Signalverarbeitung für die Aktuatorik an. Die Signalverarbeitung verknüpft in logischer Weise die Eingangssignale mit den vorgegebenen Sollgrößen und gibt entsprechende Signale an die Aktuatorik. Sie kann grund sätzlich mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, elektronisch oder in Mikroprozessortechnik ausgebildet sein. Neuere Ein richtungen werden in Mikroprozessortechnik ausgeführt. Sie bestehen aus einem Mikroprozessor, Daten- und Programmspei chern. In derartigen Steuereinrichtungen lassen sich Funk tionsmodule verwenden, die auf bestimmte Anwendungen bezo gen sind, z. B. automotives Fahren, konstante Antriebsdreh zahl, konstante Abtriebsdrehzahl, hydrostatisches Bremsen, Differentialsperre, Antriebs-Schlupfregelung, Reversieren, Inchen, Grenzlastregelung, Zugkraftbegrenzung, drehzahlab hängige Zugkraft, Getriebeschaltung, synchrone Zweikreisge triebe, Sicherheitsüberwachung, Rückschaltabsicherung, Pa rametrierung, Diagnose, Lernfunktion, usw.

Auf einer Anzeige, einem Display, können wichtige und sonstige Daten, Zustände, Störungen für den Fahrer in über sichtlicher Anordnung und leicht erfaßbarer Form darge stellt werden.

Zu derartigen Fahrantrieben gibt es umfangreichen Stand der Technik, z. B. DE 44 31 864 A1 und "Ölhydraulik und Pneumatik" 37 (1993, Seiten 836 bis 845). Trotzdem sind eine Anzahl von Aufgaben noch nicht zufriedenstellend ge löst, z. B. den Fahrer ausreichend zu unterstützen, seine Arbeitsmaschine während der Arbeitsvorgänge einfach, kom fortabel, wirtschaftlich und sicher zu fahren.

Es ist ferner bei Fahrantrieben bekannt, DE 26 52 976 A1, das Schalten zu verbessern, indem die Drehzahlen der zu kuppelnden Wellen synchronisiert werden. Hierzu werden die Drehzahlen des hydrostatischen Getriebes oder des Antriebsmotors entsprechend geregelt. Geschieht dies mit Zugkraftunterbrechung, so muß die Dauer der Zug kraftunterbrechung für die Drehzahlangleichung ausreichen. Für viele Arbeiten ist es jedoch nicht wünschenswert, die Zugkraft längere Zeit zu unterbrechen.

Die Zugkraft kann bei einem hydrostatischen Getriebe mit geschlossenem Kreislauf dadurch unterbrochen werden, daß ein Kurzschlußventil betätigt wird. Bei einem hydrosta tischen Getriebe mit einem offenen Kreislauf dient zu die sem Zweck ein Entlastungsventil. Während des Umschaltvor gangs des Schaltgetriebes überträgt somit das hydrostati sche Getriebe kein oder nur ein vermindertes Drehmoment, das der Belastbarkeit des Schaltgetriebes entspricht.

Es ist ferner eine Schalteinrichtung für einen hydrau lisch-mechanischen Fahrantrieb bekannt, DE 23 07 550 C2, bei der während des Umschaltens des Schaltgetriebes die hydrostatische Pumpe im Sinne einer Drehzahlangleichung der zu schaltenden Kupplungsteile verstellt wird. Dies ge schieht über eine Stelleinrichtung, die von dem Differenz druck zweier Drehzahldruckgeber beaufschlagt wird, die den jeweiligen Schaltelementen zugeordnet sind. Wegen der vie len Bauteile ist die Schalteinrichtung sehr aufwendig und störanfällig.

Schließlich ist eine Schalteinrichtung für einen auto motiven Antrieb für Fahrzeuge bekannt, DE 38 07 599 C2, die einen Schaltvorgang von einem größeren in einen kleineren Gang nur dann zuläßt, wenn die Ausgangsdrehzahl des hydro statischen Getriebes vor dem Schaltvorgang unter einem Min destwert liegt und der Lastdruck des hydrostatischen Ge triebes und damit sein Übersetzungsverhältnis vor dem Schaltvorgang eine vom Fahrwiderstand verursachte Mindest größe hat. Dabei sollen der Mindestwert und die Mindestgrö ße derart bemessen sein, daß auch nach dem Schaltvorgang ein Antriebsmoment vom Antriebsmotor zum Schaltgetriebe übertragen wird. Dadurch soll stets eine Schaltung im Zug erreicht werden, wodurch im allgemeinen komfortabel und ruckfrei in einen kleineren Gang zurückgeschaltet werden kann. Sind die Schaltbedingungen nicht erfüllt, wenn der Schaltvorgang eingeleitet wird, wird dieser so lange verzö gert und dann vollautomatisch durchgeführt, wenn die Schaltbedingungen erfüllt sind. Der Schaltvorgang kann noch an eine weitere Schaltbedingung gebunden sein, nämlich daß das Einstellglied des Antriebsmotors sich in einer von sei ner Leerlaufstellung in Richtung Vollgas verstellten Posi tion, vorzugsweise im letzten Viertel, seines Einstellwegs in Richtung Vollgas befindet. Schließlich wird vorgeschla gen, daß die Schaltvorgänge vom kleinen in den großen Gang und vom großen in den kleinen Gang, in Abhängigkeit vom jeweils geschalteten Gang und in Abhängigkeit von der Aus gangsdrehzahl des hydrostatischen Getriebes, selbsttätig erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahrantrieb zu schaffen, der den Fahrer unterstützt, die Arbeitsmaschinen während der Arbeitsvorgänge einfach, wirt schaftlich und komfortabel zu fahren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des ersten Anspruchs ge löst.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei Fahran trieben mit einem Stufensprung im Schaltgetriebe von ca. drei und mehr. Unter Stufensprung wird das Verhältnis der Übersetzungen zweier benachbarter Gänge verstanden. Bei derartigen Schaltgetrieben sind in Verbindung mit hydrosta tischen Antrieben die Hochschaltungen unproblematisch, je doch wirken sich die großen Stufensprünge bei Rückschaltun gen sehr nachteilig aus.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß in kritischen Betriebssituationen, d. h. wenn der Fahrantrieb in Grenzbe reichen bezogen auf die Belastbarkeit, Fahrbarkeit oder Wirtschaftlichkeit betrieben wird, das Getriebe vollautoma tisch geschaltet wird. Somit kann sich der Fahrer voll auf die Arbeit konzentrieren und braucht nicht zu schalten.

Zweckmäßigerweise wird im Bereich kleiner Geschwindig keit ohne Zugkraftunterbrechung unter Last geschaltet, in dem lastschaltbare Schaltelemente, z. B. Kupplungen oder Bremsen so gesteuert werden, daß das abschaltende Schalt element noch teilweise geschlossen ist, während das um schaltende Schaltelement schon schließt. Im Schaltbereich mit höherer Geschwindigkeit kann mit Zugkraftunterbrechung geschaltet werden, indem ein Fahrtrichtungsventil an der Verstellpumpe auf eine Neutralposition gestellt oder ein Synchronisierventil betätigt wird. Durch diese Maßnahmen kann mit bester Schaltqualität sehr schnell geschaltet und der Verschleiß an den Schaltelementen reduziert werden. Gleichzeitig wird der Wirkungsgrad des Antriebs während des Schaltens verbessert.

Sollte der Fahrer bei einer unzulässigen Fahrgeschwin digkeit einen Gang wählen, so wird diese Schaltung so lange nicht ausgeführt, bis die zulässigen Schaltbedingungen er reicht werden. Damit die zulässigen Schaltbedingungen schnell erreicht werden können, wird die Verstellpumpe auf eine Neutralposition verstellt.

Während einer Synchronisierzeit beim Schalten von ei nem höheren in einen niedrigeren Gang wird der drehzahlab hängige Steuerdruck an der Hydrostateinheit durch den maxi malen konstanten Steuerdruck bzw. Speisedruck ersetzt, so daß die Hydrostateinheit mit maximaler Verstellgeschwindig keit die für das Schalten gewünschte synchrone Drehzahl erreicht.

Damit das Ventil, das zweckmäßigerweise ein Elektroma gnetventil ist und von einer elektronischen Regeleinrich tung angesteuert werden kann, unabhängig von der Fahrtrich tung des Fahrantriebs wirksam ist, wird es zwischen einem Ventil zur Regelung des Steuerdrucks und einem Fahrtrich tungsventil geschaltet. So ist gewährleistet, daß die hy drostatische Pumpe immer in die richtige Richtung verstellt wird.

Ist der Schaltvorgang im Schaltgetriebe abgeschlossen, schaltet das Ventil wieder auf den drehzahlabhängigen Steu erdruck und der Fahrantrieb wird wieder in üblicher Weise von der Drehzahl und Last der Antriebsmaschine und der ge wünschten Fahrgeschwindigkeit automatisch geregelt.

Zur Sicherheit des Fahrantriebs werden zweckmäßiger weise Schaltelemente für den Gangwechsel verwendet, die durch Federkraft geschlossen und durch Hydraulikdruck ge öffnet werden. Dadurch wird beim Ausfall des Hydrauliksy stems gewährleistet, daß das Fahrzeug stehenbleibt und nicht weiter rollt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er findung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines erfindungsge mäßen Fahrantriebs;

Fig. 2 bis 4 den zeitlichen Verlauf von Steuerdrücken, Drehzahlen und Momenten während einer Rück schaltung;

Fig. 5 bis 7 einen entsprechenden zeitlichen Verlauf von Steuerdrücken, Drehzahlen und Momenten während einer Hochschaltung und

Fig. 8 ein Schaubild, in dem die Leistung des An triebsmotors über der Antriebsdrehzahl und der Fahrgeschwindigkeit aufgetragen ist.

Ein primärer Antriebsmotor 1, der in der Regel eine Hubkolben-Brennkraftmaschine ist und über ein Kraftstoffzu meßorgan in Form eines elektronischen Gaspedals 5 betätigt wird, treibt über eine Antriebswelle 2 eine hydrostatische Verstellpumpe 3 an, deren Verstelleinheit mit 4 bezeichnet ist. Die Verstellpumpe 3 arbeitet in einem geschlossenen, hydraulischen Kreislauf mit einem hydraulischen Verstellmo tor 6 zusammen, dessen Verstelleinheit mit 7 bezeichnet ist.

Eine Abtriebswelle 8 des Verstellmotors 6 ist in nicht dargestellter Weise mit einer Antriebswelle 9 eines zwei- oder mehrstufigen mechanischen Schaltgetriebes 10 in Vorge lege- oder Planetenbauweise verbunden, das über eine Ver teilerstufe und Abtriebswellen 11 nicht näher dargestellte Räder eines Fahrzeugs antreibt.

Eine elektrisch-hydraulische Steuerung des Fahran triebs umfaßt eine Hilfspumpe 12 als Steuer- und Speisepum pe, ein Fahrtrichtungsventil 13, eine Einrichtung zur Kon stanthaltung eines Speisedrucks mit einem Druckbegrenzungs ventil 14, eine Einrichtung 15 zur Regelung eines Steuer drucks in Abhängigkeit von der Drehzahl des Antriebsmotors 1 mit einem mengenabhängigen Druckregelventil 16, zwei Druckbegrenzungsventile 17 zur Begrenzung des Hochdrucks im geschlossenen Kreislauf, ein Regelventil 18 für den Ver stellmotor 6, ein Ventil 19 zur Erkennung der Fahrtrich tung, eine Schalteinrichtung mit Gangschaltventilen 21, 22, einem Bremsventil 23, einem Schalter 24 für eine Feststell bremse sowie einem hydraulischen Speicher 25 und weiteren Hilfsventilen. Anstelle einer Hilfspumpe 12 können auch zwei Pumpen für Steuer- bzw. Einspeisezwecke verwendet wer den. Bei der bevorzugten Ausführung wird jedoch nur eine Hilfspumpe 12 mit einer entsprechenden Aufteilung des Pum penstroms verwendet.

Die hydraulischen Ventile sind Elektromagnetventile, die von einer elektronischen Steuerung mit einem Mikropro zessor 26 angesteuert werden. Neben der Position des Gaspe dals 5, der Drehzahl des Antriebsmotors 1, die von einem Drehzahlsensor 20 erfaßt wird, Betriebs- und Umgebungspara metern verarbeitet der Mikroprozessor 26 Stellungssignale eines Fahrschalters 27 sowie Drehzahlen des Schaltgetrie bes 10 am Eingang und am Ausgang, die von Drehzahlsenso ren 36 und 37 ermittelt werden. Mit dem Fahrschalter 27 kann sowohl eine Fahrtrichtung als auch eine Gangstufe und gegebenenfalls ein vollautomatischer Betrieb gewählt wer den.

Die Hilfspumpe 12 auf der Antriebswelle 2 des An triebsmotors 1 saugt über einen Filter 28 Druckmedium an und fördert es zur Schalteinrichtung. Ein Kühler 38 hält die Temperatur des hydraulischen Mediums in einem zulässi gen Bereich. Der Förderstrom der Hilfspumpe 12 führt zu dem Druckregelventil 16, das einen von der Drehzahl der An triebsmaschine 1 abhängigen Steuerdruck erzeugt. Dieser steht im Normalfall am Fahrtrichtungsventil 13 an. Wird dieses von dem Mikroprozessor 26 aufgrund der entsprechen den Position des Fahrschalters 27 angesteuert, wird der drehzahlabhängige Steuerdruck auf die Verstelleinheit 4 der Verstellpumpe 3 und über das Ventil 19 zur Erkennung der Fahrtrichtung auf das Regelventil 18 gegeben, das die Ver stelleinheit 7 des Verstellmotors 6 beherrscht.

Wird ein Synchronisierventil 30 angesteuert, wird der drehzahlabhängige Steuerdruck gesperrt und der vor dem Druckregelventil 16 anstehende Speisedruck auf das Fahrt richtungsventil 13 geschaltet. Dadurch werden die Verstell pumpe 3 und der Verstellmotor 6 in die Position minimaler Übersetzung verstellt, die dem Stufensprung im Schaltge triebe 10 entspricht. Dadurch wird an den zu schaltenden Elementen eine synchrone Drehzahl erzielt. Nach vollendeter Schaltung des Schaltgetriebes 10 schaltet das Synchroni sierventil 30 wieder in die Ausgangsstellung, d. h., daß die Verstellpumpe 3 und der Verstellmotor 6 durch den dreh zahlabhängigen Steuerdruck eine Position einnehmen, die von der Drehzahl des Antriebsmotors 1 abhängig ist.

Fig. 2 zeigt einen Schaltablauf bei einer Rückschal tung während einer hohen Fahrgeschwindigkeit mit konstanter Gaspedalstellung und Zugkraftunterbrechung. In den Fig. 2 bis 7 ist der Betätigungsdruck der Schaltelemente des Schaltgetriebes 10 mit p, die Drehzahlen mit n, die Zeiten mit t und die Drehmomente mit T bezeichnet. Die Indizes kennzeichnen die unterschiedlichen Werte entsprechend dem Verfahrensablauf. Ferner ist zu berücksichtigen, daß die Schaltelemente mit Federkraft geschlossen und durch Hydrau likdruck geöffnet werden. Der Mikroprozessor 26 steuert die Schaltelemente über die Schaltventile 21, 22 an.

Der Schaltvorgang wird mit dem Schließvorgang des of fenen Schaltelements, z. B. einer Bremse eines zweistufigen Planetengetriebes 10, gestartet, jedoch entsprechend der Linie 31 zum Zeitpunkt t₁ nur so weit, daß noch kein Drehmoment übertragen wird. Gleichzeitig wird das geschlos sene Schaltelement, im vorliegenden Fall eine Kupplung des Planetengetriebes 10, entsprechend der Linie 32 zum Zeit punkt t₂ geöffnet. Es tritt unmittelbar danach eine Drehmo mentunterbrechung ein. Der Verstellmotor 6 dreht mit einer Drehzahl n₁. Es wird eine Wartezeit zwischen t₂ und t₃ ein gehalten, damit mit Sicherheit kein Drehmoment mehr über tragen wird. Zum Zeitpunkt t₃ wird das Synchronisierven til 30 betätigt, wodurch die Drehzahl des Verstellmotors 6 entsprechend der Linie 33 bis t₄ auf n₂ ansteigt.

Der Gradient der Strecke 29 ist ein Maß für die maxi male Verstellgeschwindigkeit der hydrostatischen Einheit. Diese ist abhängig von der Höhe des maximalen Steuerdrucks bzw. Speisedrucks und den baulichen Gegebenheiten der Ver stellpumpe 3 und des Verstellmotors 6 mit ihren Verstel leinheiten 4 und 7. Bei t₄ ist der Synchronisiervorgang abgeschlossen. Das Synchronisierventil 30 geht in die Aus gangsstellung zurück, wodurch der drehzahlabhängige Steuer druck wieder wirksam wird und die Bremse übernimmt entspre chend der Linie 31 zunehmend Drehmoment. Dabei fällt die Abtriebsdrehzahl auf einen neuen Wert n₅, während die Dreh zahl des Verstellmotors 6 den Ausgangswert n₁ wieder er reicht. Die Linie 34 zeigt den Verlauf der Drehzahl an den Abtriebswellen 11 des Schaltgetriebes 10.

Fig. 3 zeigt einen Rückschaltvorgang bei mittlerer Fahrgeschwindigkeit. Er verläuft ähnlich wie bei hoher Fahrgeschwindigkeit. Daher wurden die gleichen Bezugszahlen benutzt. Da jedoch der Drehzahlsprung, der dem Stufensprung im Schaltgetriebe 10 entspricht, deutlich geringer ist, kann bei gleicher Verstellgeschwindigkeit der Hydrostatein heit die Synchronisierzeit t₃ bis t₄ und die Zeit zur Rück führung der Drehzahl des Verstellmotors 6 auf die Ausgangs drehzahl t₄ bis t₅ wesentlich kürzer sein, so daß die ge samte Schaltzeit mit Zugkraftunterbrechung sehr klein ist. Die Verstellgeschwindigkeit ist konstant, der Gradient n₂(t₄)/n₁(t₃) = konstant sowie n₁(t₅)/n₂(t₄) = konstant.

Fig. 4 zeigt einen Rückschaltvorgang im Stillstand oder bei sehr geringen Geschwindigkeiten unter Last. Hier bei ist keine Synchronisierung erforderlich, so daß ohne Schwierigkeiten eine Überschneidungsschaltung durchgeführt werden kann. Ab der Zeit t₂ beginnt die Bremse 31 Drehmo ment zu übertragen. Das übertragbare Drehmoment steigt pro portional zum Druckabfall von p₂ auf p₃ in der Zeit von t₂ bis t₃. Würde zum Zeitpunkt t₂ die Kupplung 32 vollständig geöffnet, ginge das Abtriebsmoment schlagartig von T₁ auf T₀ zurück, was einen unerwünschten Zugkrafteinbruch zur Folge hätte. Deshalb öffnet die bis dahin geschlossene Kupplung 32 erst ab t_2.1. Die Lastübernahme von der Kupp lung 32 durch die Bremse 31 erfolgt kontinuierlich und ist spätestens zum Zeitpunkt t₃ beendet. Kurze Zeit nach t_2.1 beginnt der Verstellmotor 6 schneller zu drehen und die Bremse 31 baut rutschend das steigende Drehmoment auf.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen Hochschaltvorgänge. Sie ver laufen ähnlich wie die Rückschaltvorgänge, jedoch öffnet im vorliegenden Fall die Bremse 31, wogegen die Kupplung 32 schließt. Ab dem Zeitpunkt t₃ bis zum Zeitpunkt t₄ wird die Drehzahl des Verstellmotors 6 bei Schaltungen bei hohen und mittleren Geschwindigkeiten dadurch abgesenkt, daß das Fahrtrichtungsventil 13 in die Neutralstellung geschaltet wird. Dadurch wird die Hydrostateinheit von einer Verstell motordrehzahl von n₁ auf n₂ zurückgestellt, was dem Stufen sprung des Schaltgetriebes 10 entspricht. Vom Zeitpunkt t₄ an wird das Fahrtrichtungsventil 13 aus der Neutralstellung wieder in die vorherige Schaltstellung zurückgeführt, so daß die von der Drehzahl des Antriebsmotors 1 abhängige Druckmodulation wieder einsetzt und die Drehzahl des Ver stellmotors 6 auf die Ausgangsdrehzahl zurückgeführt wird. Dabei nimmt die Drehzahl an den Abtriebswellen 11 des Schaltgetriebes 10 entsprechend dem Stufensprung zu.

Fig. 7 zeigt einen Schaltvorgang im Stillstand oder bei sehr geringer Geschwindigkeit. Hierbei ist ebenfalls wie bei einem Rückschaltvorgang nach Fig. 4 keine Synchro nisierung notwendig. Um eine Zugkraftunterbrechung zu ver meiden, wird auch in diesem Fall eine Überschneidungssteue rung der Schaltelemente durchgeführt.

Im Schaubild nach Fig. 8 ist die Zugkraft eines An triebes über seiner Fahrgeschwindigkeit dargestellt, und zwar für beide Gänge des Schaltgetriebes. Der Antriebsmo tor 1 erreicht bei einer Nenndrehzahl von ca. 2300 U/min seine maximale Leistung. Bei Nenndrehzahl wird im höchsten Gang, z. B. im zweiten Gang eines zweistufigen Schaltge triebes 10, die größte Fahrgeschwindigkeit von ca. 40 km/h erreicht, wenn der Verstellmotor 6 seine maximale Drehzahl von ca. 4000 U/min erzielt. Damit ist am hydraulischen Getriebe, bestehend aus dem Verstellmotor 6 und der Ver stellpumpe 3, die kleinste Übersetzung eingestellt.

Würde man unter diesen Bedingungen in den nächst nied rigeren Gang, z. B. den ersten Gang schalten, würde der Verstellmotor 6 vom Fahrzeug mit einer Drehzahl angetrie ben, die multipliziert mit dem Stufensprung des Schaltge triebes 10 höher läge. Damit der Verstellmotor 6 beim Zu rückschalten des Schaltgetriebes 10 nicht zerstört wird, wird eine Rückschaltung nur zugelassen, wenn die Fahrge schwindigkeit im höheren Gang niedrigere Drehzahlen an dem Verstellmotor 6 ergibt als bei der maximalen Fahrgeschwin digkeit im niedrigeren Gang. Damit ergibt sich unter den angegebenen Annahmen und einem Stufensprung von ca. drei im Schaltgetriebe 10 eine Rückschaltgrenze 39 von ca. 1333 U/min die einer Fahrgeschwindigkeit von etwa 12,5 km/h im zweiten Gang entspricht.

Unterhalb dieser Grenze kann zurückgeschaltet werden, wobei nach der Erfindung der vollautomatische Schaltbereich zwischen 39 und 40 liegt. Die Rückschaltung erfolgt ent sprechend der Änderung der Abtriebsdrehzahl zwischen diesen Grenzen. Bei großer Änderung bei hoher Fahrgeschwindigkeit, bei kleiner Änderung der Abtriebsdrehzahl entsprechend bei kleinerer Fahrgeschwindigkeit. Vollautomatische Rückschal tungen werden nur bei einer Gaspedalstellung < 70% ausge führt.

In der Beschreibung und in den Ansprüchen sind nur einige Kombinationsmöglichkeiten in bezug auf die Ausge staltung und Anwendung ausführlich dargestellt. Dem Leser wird empfohlen, jede Aussage auch isoliert einzeln zu be trachten und ihre Brauchbarkeit in anderen Zusammenhängen und Kombinationen zu überprüfen, dies insbesondere in Zu sammenhang mit dem angeführten Stand der Technik. Nahelie gende Möglichkeiten ergeben sich für den Fachmann, wenn er die geschilderten Maßnahmen wegen der damit verbundenen Vorteile benutzt.

Bezugszeichenliste

1

primärer Antriebsmotor

2

Antriebswelle

3

hydrostatische Verstellpumpe

4

Verstelleinheit

5

Gaspedal

6

hydrostatischer Verstellmotor

7

Verstelleinheit

8

Abtriebswelle

9

Antriebswelle

10

Schaltgetriebe

11

Abtriebswellen

12

Hilfspumpe als Steuer- und Speisepumpe

13

Fahrtrichtungsventil

14

Druckbegrenzungsventil

15

Einrichtung zur Erzeugung eines drehzahlabhängigen Steuerdrucks

16

Druckregelventil

17

Druckbegrenzungsventil

18

Regelventil

19

Ventil

20

Drehzahlsensor

21

Gangschaltventil

22

Gangschaltventil

23

Bremsventil

24

Schalter für Parkbremse

25

Speicher

26

Mikroprozessor

27

Fahrschalter

28

Filter

29

Strecke

30

Synchronisierventil

31

Bremse (Druckverlauf)

32

Kupplung (Druckverlauf)

33

Verstellmotor (Drehzahlverlauf)

34

Abtriebswellen (Drehzahlverlauf)

35

Abtriebswellen (Drehmomentverlauf)

36

Drehzahlsensor

37

Drehzahlsensor

38

Kühler

39

obere Schaltgrenze für vollautomatische Rückschaltungen

40

untere Schaltgrenze für vollautomatische Rückschaltungen

Claims

1. Fahrantrieb mit einem Antriebsmotor (1), der eine Speisepumpe (12) und eine hydrostatische Verstellpumpe (3) antreibt, mit einem hydrostatischen Motor (6), der mit der Verstellpumpe (3) einen geschlossenen hydraulischen Kreis lauf bildet und ein lastschaltbares Schaltgetriebe (10) antreibt, und mit einem Fahrtrichtungsventil (13), einem Druckbegrenzungsventil (14) zur Konstanthaltung eines Speisedrucks, einer Einrichtung (15) zur Regelung eines Steuerdrucks in Abhängigkeit von der Drehzahl des An triebsmotors (1), wobei der maximale Steuerdruck dem Speisedruck entspricht und ein Synchronisierventil (30) vorgesehen ist, das während einer Synchronisierzeit beim Umschalten in einen niedrigeren Gang von dem drehzahlab hängigen Steuerdruck auf den konstanten Speisedruck um schaltet, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgetriebe vollautomatisch in den nächst niedrigeren Gang schaltet, wenn eine Gaspedalstellung größer als 70% der maximalen Gaspedalstellung ist und eine Fahrgeschwin digkeit weniger als 60% der maximal zulässigen Fahrge schwindigkeit im nächst niedrigeren Gang beträgt, während halbautomatische Schaltungen bei jeder Gaspedalstellung und einer Fahrgeschwindigkeit bis zur maximal zulässigen Fahr geschwindigkeit im nächst niedrigeren Gang zugelassen werden.

2. Fahrantrieb nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Schaltgetriebe (10) bei einer Stellung des Gaspedals (5) größer als 70% und einer Fahrgeschwindigkeit, die mehr als 60% der maximal zulässi gen Fahrgeschwindigkeit im nächst niedrigeren Gang beträgt, vollautomatisch in den nächst niedrigeren Gang schaltet, wenn die Drehzahländerung am Abtrieb innerhalb einer vorge gebenen Zeit einen vorgegebenen Wert überschreitet. Mit zunehmender Drehzahländerung innerhalb einer bestimmten Zeit steigt die Rückschaltgeschwindigkeit von 60% bis auf 100% der maximal zulässigen Fahrgeschwindigkeit im nächst niedrigeren Gang an.

3. Fahrantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei kleiner Fahrgeschwindigkeit mit Überschneidung lastschaltbarer Schaltelemente und bei höherer Fahrgeschwindigkeit mit Zug kraftunterbrechung geschaltet wird, indem die Verstell pumpe (3) durch ein Fahrtrichtungsventil (13) auf eine Neutralposition gestellt oder ein Synchronisierventil (30) betätigt wird.

4. Fahrantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein bei einer unzulässigen Fahrgeschwindigkeit vorgewählter Gang geschal tet wird, sobald die zulässigen Schaltbedingungen erreicht sind.

5. Fahrantrieb nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß bis zur Rückschaltung die Verstellpumpe (3) auf eine Neutralposition verstellt wird.

6. Fahrantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für einen hydrostatischen Kreislauf, eine Arbeitshydraulik und eine Getriebesteuerung eine gemeinsame Speisepumpe (12) verwen det wird.