Die Erfindung betrifft einen Getriebesteuerkreis zur Steuerung eines durch eine Druckpumpe bereitgestellten Systemdrucks in einem Getriebe einer Arbeitsmaschine, mit einem Druckregelventil zur Einstellung des bereitgestellten Systemdrucks auf einen maximalen Systemdruck, einer elektronischen Steuereinheit und einem Druckbegrenzungsventil, das durch die Steuereinheit ansteuerbar ist.

Derzeitige Getriebesteuerkreise zur Steuerung eines Systemdrucks in einem Getriebe regeln den Systemdruck auf ein vorgegebenes konstantes Druckniveau ein. Dieses Druckniveau wird ausreichend hoch gewählt, dass die hydraulisch betätigten Kupplungen und Bremsen innerhalb des Getriebes auch unter hoher Last schlupffrei Drehmoment übertragen können. Mit dieser Auslegung erreicht man einerseits eine hohe Reserve bei der Drehmomentübertragungsfähigkeit, nimmt aber in Kauf, dass die Druckpumpe andauernd das hohe Druckniveau bereitstellt, auch wenn dieses zeitweise zur sicheren Übertragung von Drehmoment nicht erforderlich wäre. Unter Effizienz- und Verbrauchsgesichtspunkten wäre es wünschenswert, die Druckpumpe gezielt dann zu entlasten, wenn zur sicheren Übertragung von Drehmomenten ein verringerter Systemdruck ausreichend wäre. Insbesondere wäre es wünschenswert einen verringerten Systemdruck variabel an momentan vorliegende Einsatzbedingungen der Arbeitsmaschine anzupassen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Getriebesteuerkreis zur variablen Steuerung eines Systemdrucks in einem Getriebe bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Getriebesteuerkreis zur Steuerung eines durch eine Druckpumpe bereitgestellten Systemdrucks in einem Getriebe einer Arbeitsmaschine, mit einem Druckregelventil zur Einstellung des bereitgestellten Systemdrucks auf einen maximalen Systemdruck p ₀ , einer elektronische Steuereinheit, mittels der Lastzustände und Betriebszustände der Arbeitsmaschine erfassbar sind und in der den Lastzuständen zugeordnete Getriebeeingangsgrenzmomente L _{1 2, ...n} und zumindest einen ersten Betriebszustand repräsentierende Zustandswerte und zumindest einen zweiten Betriebszustand repräsentierende Zustandswerte abgelegt sind, wobei der erste Betriebszustand mit dem maximalen Systemdruck p ₀ und der zweite Betriebszustand mit einem gegenüber dem maximalen Systemdruck p ₀ verringerten Systemdruck p _{1 : 2} , ...n assoziiert ist, einem Druckbegrenzungsventil, das durch die Steuereinheit zur Übersteuerung des Druckregelventil ansteuerbar ist, um den verringerten Systemdruck p _{1 2} , ...n variabel einzustellen, wobei eine Ansteuerung des Druckbegrenzungsventils in Abhängigkeit eines Vergleichs eines erfassten Lastzustandes mit einem Getriebeeingangs- grenzmoment L _{1 2, ...n} bei gleichzeitigem Vorliegen eines zweiten Betriebszustandes erfolgt.

Erfindungsgemäß wird unterschieden zwischen Lastzustand und Betriebszustand. Bei einem Lastzustand handelt es sich um einen Zustand, in dem über das Getriebe der Arbeitsmaschine ein Drehmoment übertragen wird. Bei einem Betriebszustand handelt es sich um einen Schaltzustand, in dem zwar kein Drehmoment über das Getriebe übertragen werden muss, aber übertragen werden kann, und in dem die Arbeitsmaschine oder Teile von ihr sich in einem bestimmten„geschalteten" Zustand befinden, z.B. Vierrad- Antriebsmodus, zugeschaltete Differentialsperre, Leerlauf. Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass bei Betriebszuständen zwischen ersten Betriebszuständen und zweiten Betriebszuständen unterschieden wird. Hierbei wird nach Erkennen eines ersten Betriebszustandes unabhängig von dem aktuell anliegenden Lastzustand die Einstellung des maximalen Systemdrucks erzwungen. Wird hingegen ein zweiter Betriebszustand erkannt, wird abhängig von dem aktuell anliegenden Lastzustand der maximale Systemdruck oder ein verringerter Systemdruck eingestellt. Grundsätzlich wird erfindungsgemäß davon ausgegangen, dass eine nicht erfolgende Ansteuerung des Druckbegrenzungsventils zu keiner Übersteuerung des Druckregelventils führt, so dass der maximale Systemdruck eingestellt wird. Eine Ansteuerung des Druckbegrenzungsventils führt hingegen systembedingt zu einer Übersteuerung des Druckregelventils, so dass ein gegenüber dem maximalen Systemdruck verringerter Systemdruck eingestellt wird. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Getriebesteuerkreises besteht in der Reduzierung der erforderlichen Antriebsleistung für die Druckpumpe. Die Antriebsleistung für die Druckpumpe kann als parasitäre Last verstanden werden. Indem das Druckregelventil übersteuerbar ist, kann der Systemdruck an eine aktuell vorliegende Anforderung an den Systemdruck innerhalb des Getriebes in einem bestimmten Last- und Betriebszustand angepasst werden. Diese Anforderung an den Systemdruck lässt sich als Drehmomentübertragungsfähigkeit einer Lastschaltkupplung beschreiben. Betrachtet man nun das gesamte Getriebe, so ergibt sich eine bestimmte Anzahl von Lastpfaden, wobei jeder dieser Lastpfade über mehrere Lastschaltkupplungen verlaufen kann. Die Drehmomentübertragungsfähigkeit jedes Lastpfades wird somit bestimmt durch die Kupplung mit der geringsten Drehmomentübertragungsfähigkeit. Aus diesen Lastpfaden mit ihrer jeweiligen Drehmomentübertragungsfähigkeit ergeben sich Getriebeeingangsgrenzmo- mente, denen ihrerseits wiederum diskrete Systemdrücke zugeordnet werden können, wobei erfindungsgemäß davon ausgegangen wird, dass dem Lastpfad mit der höchsten erforderlichen Drehmomentübertragungsfähigkeit, dass heißt dem höchsten Getriebe- eingangsgrenzmoment, der durch das Druckregelventil eingestellte maximale Systemdruck zugeordnet wird.

Erfindungsgemäß kann durch die proportionale Übersteuerung des Druckregelventils durch das Druckbegrenzungsventil eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Systemdrücke unterhalb des maximalen Systemdrucks variabel eingestellt werden. Bevorzugt werden vorliegend Systemdrücke auf vier Druckniveaus unterhalb des maximalen Systemdrucks bereitgestellt.

Bevorzugt erfasst die Steuereinheit einen Lastzustand anhand eines ermittelten Getriebeeingangsmoments Mtrans , so dass eine elektronische Ansteuerung des Druckbegrenzungsventils in Abhängigkeit des Verhältnisses des ermittelten Getriebeeingangsmoments Mtrans zu einem Getriebeeingangsgrenzmoment L _{1 2} , ...n erfolgt. Von Vorteil ist hierbei, dass das Getriebeeingangsmoment in einfacher Weise unmittelbar sensiert oder mittelbar aus anderen zur Verfügung stehenden Werten ermittelt werden kann. Bevorzugt erfolgt die elektronische Ansteuerung des Druckbegrenzungsventils zur Einstellung eines verringerten Systemdruck p _{1 2} , ...n , wenn das ermittelte Getriebeeingangsmoment Mtrans unterhalb eines Getriebeeingangsgrenzmoments L _{1 2} , ... _n liegt. Hier ^¬ durch ist ein einfaches Steuerungskriterium für eine Einstellung eines verringerten Systemdrucks gegeben.

Bevorzugt erfolgt die elektronische Ansteuerung des Druckbegrenzungsventils zur Erhöhung eines verringerten Systemdruck p _{1 2} , ...n , wenn das gemessene Getriebeeingangsmoment Mtrans oberhalb eines Getriebeeingangsgrenzmoments L _{1 2} , ...n liegt. Hier ^¬ durch ist ebenfalls ein einfaches Steuerungskriterium für eine Einstellung eines verringerten Systemdrucks gegeben.

Bevorzugt wird eine Erhöhung des verringerten Systemdrucks p _{1 : 2} , ...n bei Vorliegen eines entsprechenden Steuerkriteriums unmittelbar ohne zeitliche Verzögerung ausgeführt, wohingegen bei Vorliegen eines entsprechenden Steuerkriteriums zur Einstellung eines verringerten Systemdrucks p _{1 2,} ...n das entsprechende Getriebeeingangsgrenzmoment mit einem Hysteresefaktor h _x < 1 multipliziert wird. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass dieses modifizierte Getriebeeingangsgrenzmoment zumindest für einen definierten Zeitraum t unterlaufen wird. Der Vorteil dieser Ansteuerung liegt in der Vermeidung von Druckschwankungen.

Bevorzugt wird das Getriebeeingangsmoment M _tra ns auf Basis eines Antriebsmoments Meng eines Antriebsaggregats der Arbeitsmaschine ermittelt wird. Von Vorteil ist hierbei, dass es sich bei dem Antriebsmoments M _eng des Antriebsaggregats bereits um eine der Steuereinheit bekannte Kenngröße handelt.

Bevorzugt werden zur Ermittlung des Getriebeeingangsmoments M _tra ns von dem Antriebsmoments Meng parasitäre Lasten in Anzug gebracht. Dies ermöglicht eine möglichst genaue Ermittlung des Getriebeeingangsmoments M _tra ns-

In konkreter Ausgestaltung stellt das Druckbegrenzungsventil den verringerten Systemdruck ein, indem es eine Federkraft einer Feder-Kolben-Einheit des Druckregelventils manipuliert. Von Vorteil ist hierbei, dass das Druckregelventil einerseits in seinem grundsätzlichen Aufbau beibehalten werden kann und andererseits sowohl für die Einstellung des maximalen Systemdrucks als auch eines verringerten Systemdrucks zuständig ist.

In weiterhin konkreter Ausgestaltung ist durch die Manipulation der Federkraft der Feder-Kolben-Einheit des Druckregelventils ein Entlastungspunkt des bereitgestellten Systemdrucks in den Kühlkreislauf einstellbar. Von Vorteil ist hierbei, dass die bestehende Konfiguration der Hydraulik an dieser Stelle nicht verändert werden muss, da lediglich der bestehende Entlastungspunkt des Druckregelventils durch die Übersteuerung des Druckbegrenzungsventils einstellbar gemacht wurde.

Bevorzugt ist ein erster Betriebszustand durch eine in einem eingeschalteten Zustand befindliche Differentialsperre oder einen Zustand erhöhten Schlupfes innerhalb des Getriebes charakterisiert. Durch diese Gruppierung ist die Steuereinheit in der Lage zu entscheiden, ob der maximale Systemdruck erforderlich ist oder ein verringerter Systemdruck ausreichend ist.

Bevorzugt ist ein zweiter Betriebszustand durch einen lastfreien Leerlaufzustand oder eine in einem ausgeschalteten Zustand befindliche Differentialsperre oder Zapfwelle der Arbeitsmaschine charakterisiert. Durch diese Gruppierung ist die Steuereinheit in der Lage zu entscheiden, ob der maximale Systemdruck erforderlich ist oder ein verringerter Systemdruck ausreichend ist.

Bevorzugt bleibt während eines Schaltvorganges des Getriebes eine bestehende An- steuerung des Druckbegrenzungsventils durch die Steuereinheit unverändert. Mit Schaltvorgang ist hier das Schalten von einem Gang in einen anderen Gang gemeint. Hier kann in vorteilhafter Weise ein unerwünschter Einfluss auf die Modulation während des Schalt- beziehungsweise Kupplungsvorgangs vermieden werden.

Bevorzugt wird bei konkurrierenden Ansteuersignalen durch die Steuereinheit für das Druckbegrenzungsventils, das einem höheren Systemdruck entsprechende Signal prio- risiert. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung eines Getriebesteuerkreises nach einem der Ansprüche 1 bis 12.

Der erfindungsgemäße Getriebesteuerkreis wird anhand der nachfolgenden Figuren beschrieben. Hierin zeigen

Figur 1 eine schematische Darstellung einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine mit einem erfindungsgemäßen Getriebesteuerkreis;

Figur 2 ein Schemadiagramm des Getriebesteuerkreises gemäß der Erfindung;

Figur 3 eine Darstellung von Niveaus der verringerten Systemdrücke unterhalb des maximalen Systemdrucks und

Figur 4 ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung des Getriebeeingangsmoments.

Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine 30 in Gestalt eines Schleppers mit einem erfindungsgemäßen Getriebesteuerkreis 10 für ein Getriebe 32. Bei dem Getriebe 32 kann es sich um ein Lastschaltgetriebe oder ein leistungsverzweigtes Getriebe handeln. Das Getriebe 32 enthält einen Abtrieb 36 für einen bedarfsweise zuschaltbaren Vorderradantrieb und mehrere Lastschaltkupplungen 34, von denen eine exemplarisch dargestellt ist, um verschiedene Übersetzungsverhältnisse des Schaltgetriebes einzurücken oder auszurücken. Ferner enthält das Getriebe 32 eine Zapfwellenkupplung 38 zum Antrieb einer Zapfwelle 40 und ein Differentialgetriebe 42 mit einer Differentialsperre. Als Antriebsaggregat 44 ist für den Schlepper 30 eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen. Optional kann eine nicht dargestellte Frontzapfwelle vorgesehen sein. Die Verbrennungskraftmaschine 44 erzeugt ein Antriebsmoments Meng . Hierüber werden Nebenaggregate wie zumindest ein Kühlmittellüfter 46 angetrieben. Der Kühlmittellüfter steht hier exemplarisch für weitere Nebenaggregate, welche im Rahmen der Beschreibung dieser Erfindung als parasitäre Lasten bezeichnet werden. Das Antriebsmoment M _eng kommt nach Abzug der parasitären Lasten für den Antrieb der Nebenaggregate als Getriebeeingangsmoments M _tra ns am Eingang des Getriebes 32 an. Zur Betätigung der Lastschaltkupplungen 34 sind mehrere im wesentliche gleiche Ventileinheiten vorgesehen, die ebenfalls nicht dargestellt sind. Versorgt werden diese Ventileinheiten zur Betätigung der Lastschaltkupplungen 34 mit einem Systemdruck über den in Figur 1 und Figur 2 mit A bezeichneten Hydraulikkreislauf. Der erfindungsgemäße Getriebesteuerkreis 10 dient dazu, für den Hydraulikkreislauf A einen Systemdruck einzustellen.

Der Getriebesteuerkreis 10 weist eine Druckpumpe 12 in Form einer Getriebeölpumpe, ein Druckregelventil 14, eine Steuereinheit 16, ein Druckbegrenzungsventil 18, einen Ölkühler 20, ein Ölreservoir 22 und einen Ölfilter 24 auf, wie in der Figur 2 zu erkennen. Wie dem einschlägigen Fachmann hinlänglich bekannt, sind weitere Bauteile wie verschiedene Entlastungsventile, Bypass-Ventile, Drosseln und Filter vorgesehen, die keiner besonderen Erwähnung bedürfen.

Der durch die Ölpumpe 12 bereitgestellte Systemdruck wird zunächst durch das Druckregelventil 14 auf einen maximalen Systemdruck p ₀ im Hydraulikkreislauf A eingestellt. In diesem Fall ist das als Magnetventil ausgeführte Druckbegrenzungsventil 18 stromlos beziehungsweise wird nicht von der Steuereinheit 16 angesteuert. Abhängig von den zuvor bereits beschriebenen Last- und Betriebszuständen, welche durch die Steuereinheit 16 erfasst werden, kann nun eine Ansteuerung des Druckbegrenzungsventils 18 durch die Steuereinheit 16 erfolgen, wodurch das Druckbegrenzungsventil 18 das Druckregelventil 14 übersteuert. Diese Übersteuerung erfolgt, indem das Druckbegrenzungsventil 18 die auf die Kolben-Feder-Einheit des Druckregelventils 14 wirkende Abstützkraft variiert. Hierüber kann das Kräftegleichgewicht zwischen dem aktuell auf den Kolben einwirkenden Systemdruck und der auf den Kolben einwirkenden Federkraft eingestellt werden. Das Kräftegleichgewicht entspricht dem Entlastungspunkt, ab welchem der Systemdruck in den Kühlkreislauf entlastet wird.

In Figur 3 sind insgesamt fünf diskrete Niveaus der Systemdrücke dargestellt, wobei das oberste Niveau durch den maximalen Systemdruck p ₀ gebildet wird, während das unterste Niveau durch einen minimalen Systemdruck p ₄ gebildet wird. Der maximale Systemdruck po entspricht dem Druck bei nicht angesteuertem Druckbegrenzungsventil 18, dass heißt wenn dieses das Druckregelventil 14 nicht ansteuert. Der minimale Systemdruck p ₄ entspricht dem Druck, der sich bei maximaler Übersteuerung des Druckregelventils 14 durch das Druckbegrenzungsventil 18 infolge des Schmier- und Kühlergegendrucks ergibt.

In Figur 3 sind auf der linken Seite zu jeweils niedrigeren Systemdrücken nach unten zeigende Pfeile und auf der rechten Seite nach oben zu jeweils höheren Systemdrücken zeigende Pfeile dargestellt. Erkennt die Steuereinheit 16, dass von irgendeinem aktuell anliegenden Systemdruck p ₀ , pi , P2 , P3 , P4 die Fahrtrichtungsschaltung in die Stellungen„Park" oder„Neutral" überführt wird, wird der minimale Systemdruck p ₄ eingestellt. Erkennt die Steuereinheit 16, dass das Getriebeeingangsmoment M _tra ns für einen definierten Zeitraum t kleiner ist als eines der mit einem Hysteresefaktor hi , h ₂ , h ₃ multiplizierten Getriebeeingangsgrenzmomente l_ ₂ , L ₃ , wird der dem jeweiligen Getriebe- eingangsgrenzmoment Li , l_ ₂ , L ₃ entsprechende verringerte Systemdruck p^ p ₂ , p ₃ eingestellt. Erkennt die Steuereinheit 16, dass von dem minimale Systemdruck p ₄ aus die Fahrtrichtungsschaltung in die Stellungen„Vorwärts" oder„Rückwärts" überführt wird, wird der nächsthöhere verringerte Systemdruck p ₄ eingestellt. Erkennt die Steuereinheit 16, ausgehend von irgendeinem verringerte Systemdruck p ₂ , p ₃ , p ₄ , dass in einer der geschalteten Lastschaltkupplungen in dem Getriebe Schlupf auftritt oder die Differentialsperre hinzugeschaltet wird, wird der maximale Systemdruck p ₀ eingestellt. Jegliches Einstellen eines Systemdruck unterhalb des maximalen Systemdrucks p ₀ erfolgt durch entsprechende Ansteuerung des Druckbegrenzungsventils 18 durch die Steuereinheit 16.

Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass ein verringerter Systemdruck p i , p ₂ , p ₃ , p ₄ unterhalb des maximalen Systemdrucks p ₀ nur dann eingestellt wird, wenn ein Drehzahlsensor der Verbrennungskraftmaschine 44 eine Drehzahl sensiert, die oberhalb einer Grenzdrehzahl liegt, beispielsweise 50 Umdrehungen pro Minute, und wenn gleichzeitig ein Temperatursensor des Getriebes 32 eine Oltemperatur sensiert, die oberhalb einer Grenztemperatur liegt, beispielsweise 40°C. Durch letzteres Kriterium wird eine schnelle Erwärmung des Getriebeöls sichergestellt. Desweiteren ist eine kontinuierliche Drucküberwachung vorgesehen, mittels der der durch die Steuereinheit 16 angesteuerte Systemdruck, dass heißt der Soll-Systemdruck, mit dem tatsächlich vorhandenen Systemdruck, dass heißt dem Ist-Systemdruck, verglichen wird.

In Figur 4 ist der Ablauf beziehungsweise das Vorgehen zu der Berechnung des Getriebeeingangsmoments Mtrans dargestellt. Das Getriebeeingangsmoment M _tra ns wird auf Basis des Antriebsmoments M _eng des Antriebsaggregats 44 der Arbeitsmaschine 30 berechnet. Das Antriebsmoment M _eng entspricht dem Drehmoment am Kurbelwellenabtrieb des Antriebsaggregats im Falle einer Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise am Rotorabtrieb im Falle einer elektrischen Maschine. Es ist zu erkennen, dass von dem Antriebsmoment M _eng das Zapfwellenkupplungsmoment und parasitäre Lasten wie beispielsweise Antriebsmomente für die Nebenaggregate abgezogen werden. Grundsätzlich lässt sich die Genauigkeit der Berechnung des Getriebeeingangsmoments M _tra ns steigern, indem eine möglichst genaue Ermittlung und Berechnung der parasitären Lasten erfolgt. Das Antriebsmoment M _eng wird zunächst mit einem Reservefaktor ΪΕΒΤ für das Motorbremsmoment multipliziert. Hiervon werden sowohl das durch einen Reservefaktor f PTO für das Zapfwellendrehmoment geteilte Zapfwellenkupplungsmoment als auch die parasitären Lasten abgezogen, um das Getriebeeingangsmoment M _tra ns zu erhalten.

Bezugszeichenliste

10 Getriebesteuerkreis

12 Druckpumpe

14 Druckregelventil

16 Steuereinheit

18 Druckbegrenzungsventil

20 Ölkühler

22 Ölreservoir

24 Ölfilter

30 Arbeitsmaschine

32 Getriebe

34 Lastschaltkupplungen

36 Abtrieb

38 Zapfwellenkupplung

40 Zapfwelle

42 Differentialgetriebe

44 Antriebsaggregat

46 Kühlmittellüfter

A Hydraulikkreislauf