DE102012221943A1

DE102012221943A1 - Vorrichtung, Verfahren und Computerprogramm zur Einstellung eines hydrostatischen Antriebs, Antrieb und Bau- oder Landmaschine

Info

Publication number: DE102012221943A1
Application number: DE201210221943
Authority: DE
Inventors: Andreas Litz; Stefan Traub
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-05

Abstract

Ausführungsbeispiele schaffen eine Vorrichtung 100, ein Verfahren und ein Computerprogramm zur Einstellung eines hydrostatischen Antriebs sowie einen Antrieb und eine Bau- oder Landmaschine. Die Vorrichtung 100 zur Einstellung eines hydrostatischen Antriebs 300, der eine Hydraulikpumpe 140 und einen Hydromotor 150 aufweist, umfasst eine Einrichtung zur Erfassung 110 einer oberen Drehzahlvorgabe für eine Abtriebsdrehzahl des Hydromotors 150 und eine Einrichtung zur Einstellung 120 des hydrostatischen Antriebs 300 basierend auf der oberen Drehzahlvorgabe.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung befassen sich mit einer Vorrichtung, einem Verfahren und einem Computerprogramm zur Einstellung eines hydrostatischen Antriebs, einem hydrostatischen Antrieb und einer Bau- oder Landmaschine mit einem hydrostatischen Antrieb.
Aus dem Bereich der konventionellen Technik sind hydrostatische Antriebe bereits bekannt. Dabei wird ein Medium, wie beispielsweise Hydrauliköl oder Hydraulikflüssigkeit, von einer Hydraulikpumpe gefördert, wobei im Förderkreis ein oder mehrere entsprechende hydrostatische Motoren, die im Folgenden auch Hydromotoren genannt werden, angetrieben werden. Beispielsweise ein hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug kann eine Fahrhydraulikpumpe umfassen, welche direkt an einem Antriebsmotor, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor, wie Dieselmotor etc., angeflanscht ist. Darüber hinaus kann das Fahrzeug einen Hydromotor aufweisen, welcher mit zwei Hochdruckschläuchen mit der Hydraulikpumpe verbunden ist. Wird dann bei drehendem Antriebsmotor der Steuerdruck der Hydraulikpumpe erhöht und die Hydraulikpumpe dadurch ausgeschwenkt, fördert die Hydraulikpumpe Öl in das Getriebe bzw. den Hydromotor und das Fahrzeug beschleunigt. Hierbei können sogenannte Schrägscheibenmaschinen zum Einsatz kommen, die über entsprechende Steuerdrücke gesteuert bzw. geregelt werden können. Mit der Veränderung des Aufnahmevolumens oder Schluckvolumens des Hydromotors kann dann die Geschwindigkeit weiter variiert werden. Ist ein Hydromotor am mechanischen Anschlag für maximales oder minimales Aufnahmevolumen, kann die Fahrzeuggeschwindigkeit über den Hochdruck zwischen der Hydraulikpumpe und dem Hydromotor reguliert werden. Grundsätzlich kann die Fahrzeuggeschwindigkeit bei physikalisch bedingten Grenzen der Aufnahmemenge durch die Hydromotoren auch über die Fördermenge der Hydraulikpumpe reguliert werden.
Darüber hinaus ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass bei solchen Antrieben zur Fahrgeschwindigkeitsregelung verschiedene Komponenten zum Einsatz kommen. Beispielsweise in Bau- und Landmaschinen kann es darüber hinaus verschiedene Betriebsmodi geben. Ein Betriebsmodus ist dabei das normale Fahren, bei dem die Fahrgeschwindigkeit in einem bestimmten Verhältnis zur Antriebsdrehzahl steht. In einem anderen Betriebsmodus, wie beispielsweise einem Modus mit konstanter Drehzahl (auch eng. „constant engine speed“) hingegen, soll die Fahrgeschwindigkeit unabhängig von der Antriebsmotordrehzahl, wie beispielsweise Dieseldrehzahl, vorgegeben werden können. In diesem Modus bleibt die Antriebsmotordrehzahl konstant, wobei je nach abgegebener Leistung der angetriebenen Hydraulikpumpe auch dem Antriebsmotor entsprechende Leistung abgefordert wird. Der Betriebsmodus mit konstanter Drehzahl des Antriebsmotors kann dabei Effizienzvorteile ermöglichen. Beispielsweise kann dann eine gewünschte Fahrgeschwindigkeit über einen Regler oder auch adaptiv eingestellt werden. Nachteilig an diesem Konzept ist, dass dieses nur in Bereichen funktioniert, in denen eine zuverlässige Abtriebsdrehzahl erkannt werden kann.
Darüber hinaus ist aus dem konventionellen Bereich die sogenannte Boost-Funktion (von eng. „boost“ für verstärken) bekannt, die zur Verkürzung der Stillstandszeit beispielsweise beim Anfahren dient. In anderen Worten wird durch diese Funktion die Stillstandszeit von dem Zeitpunkt, an dem der Fahrer auf das Fahrpedal (=Gaspedal) tritt, bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Rad zu drehen beginnt, verkürzt. In hydrostatisch angetriebenen Fahrzeugen wird heute die Boost-Funktion so gelöst, dass abhängig von der Differenz zwischen gewünschter Antriebsmotordrehzahl (auch eng. „desired engine speed“) und der aktuellen Antriebsmotordrehzahl (auch eng. „engine speed“) ein Steuerdruckoffset auf die Hydraulikpumpe gegeben wird. Der maximale Summensteuerdruck, der sich aus mehreren Komponenten dementsprechend zusammensetzen kann, wird dabei nach oben begrenzt. Die Motoreninformationen werden je nach dem, beispielsweise nach der Norm SAE J1939, entweder drehzahlabhängig oder zu nach regelmäßigen Zeitspannen, z.B. alle 250 Millisekunden (ms), geschickt. Dies hat den Nachteil, dass bei sehr dynamischen Verstellvorgängen, wie sie beispielsweise bei starken Antriebsmotoren vorkommen, und einem Sendetakt von 250ms, dieser Schwellwert, d.h. der maximale Summensteuerdruck, überschritten wird und der Boostoffset dann zu gering oder gar nicht ausgegeben wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein verbessertes Konzept zur Anpassung des Steuerdrucks eines hydrostatischen Antriebs zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst gemäß den anhängigen unabhängigen Patentansprüchen.
Ausführungsbeispiele können auf der Erkenntnis beruhen, dass ein Fahrmodus mit begrenzter Abtriebsdrehzahl eines hydrostatisch angetriebenen Fahrzeugs Vorteile mit sich bringen kann. Beispielsweise kann durch einen Geschwindigkeitsbegrenzer, manuelle Bedienelemente wie beispielsweise Fahrpotentiometer, Hebel, Schalter oder Drehrad usw. die Abtriebsdrehzahl begrenzt werden. In diesem Zusammenhang kann es zu einer Entkopplung der Abtriebsdrehzahl von der Motordrehzahl kommen.
Ausführungsbeispielen liegt daher die Erkenntnis zugrunde, dass es wünschenswert wäre, die Fahrgeschwindigkeit eines solchen Fahrzeugs stufenlos und unabhängig von der Antriebsmotordrehzahl, wie beispielsweise einer Dieselmotordrehzahl, einstellen zu können. Darüber hinaus wäre es vorteilhaft, wenn die Fahrgeschwindigkeit kontinuierlich verstellbar wäre und ein Überschwingen oder eine Abhängigkeit von äußeren Lasten durch entsprechende Anpassung ausgeblendet werden könnte. Am Beispiel eines Baumaschinenfahrzeugs würde dies bedeuten, dass ein leeres Fahrzeug genauso einen Berg hinauffahren könnte wie ein volles Fahrzeug oder eine Schaufel gefüllt werden könnte, auch wenn nur sehr kleine Abtriebsdrehzahlen gewünscht werden. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass sich ein Fahrer immer sofort eine Reaktion wünscht, wenn er das Fahrpedal betätigt, bzw. dass Totzeiten zwischen einer Betätigung eines Fahrpedals und dem eigentlichen Losfahren des Fahrzeugs unvorteilhaft sind. Im normalen Betrieb und bei höheren Drehzahlen kann diese Funktion zumindest teilweise von einem Regler übernommen werden. Da es Fahrsituationen gibt, bei denen der Regler ab- und zugeschaltet wird, kann es dadurch zu Sprüngen im Steuerdruck und zu einem Rucken des Fahrzeugs kommen. Ausführungsbeispiele können den Vorteil bieten, dass dieses Verhalten zumindest abgemildert in manchen Ausführungsbeispielen sogar vermieden werden kann.
Ausführungsbeispiele schaffen daher eine Vorrichtung zur Einstellung eines hydrostatischen Antriebs. Der hydrostatische Antrieb umfasst dabei eine Hydraulikpumpe und einen Hydromotor. Die Vorrichtung umfasst eine Einrichtung zur Erfassung einer oberen Drehzahlvorgabe für eine Abtriebsdrehzahl (=obere Drehzahlgrenze) des Hydromotors und eine Einrichtung zur Einstellung des hydrostatischen Antriebs basierend auf dieser oberen Drehzahlvorgabe. Die Einrichtung zur Einstellung kann beispielsweise auch durch ein Ventil oder eine Hydraulikpumpe über das oder die der Steuerdruck bzw. das Schluckvolumen regelbar ist, realisiert sein.
In Ausführungsbeispielen kann die Einrichtung zur Einstellung ausgebildet sein, um den hydrostatischen Antrieb durch Anpassung eines Steuerdrucks der Hydraulikpumpe und/oder durch Anpassung eines Schluckvolumens des Hydromotors einzustellen. Ausführungsbeispiele basieren auf dem Kerngedanken, dass das Übersetzungsverhältnis, d.h. das Verhältnis aus Antriebsdrehzahl der Hydraulikpumpe und Abtriebsdrehzahl des Hydromotors durch den Steuerdruck der Hydraulikpumpe, und damit durch das Fördervolumen der Hydraulikpumpe, und das Schluckvolumen des Hydromotors beeinflussbar ist. Damit kann bei vorgegebener oder begrenzter Antriebsdrehzahl die Abtriebsdrehzahl durch diese Größen eingestellt werden. In anderen Worten kann die Abtriebsdrehzahl gemäß einer Vorgabe eingestellt werden, in dem der hydrostatische Antrieb unter Berücksichtigung der Antriebsdrehzahl entsprechend eingestellt wird.
In Ausführungsbeispielen kann die Einrichtung zur Einstellung des Steuerdrucks ausgebildet sein, um den Steuerdruck basierend auf der Drehzahlvorgabe für den Abtrieb anzupassen. In anderen Worten kann in Ausführungsbeispielen eine Drehzahl für den Abtrieb des hydrostatischen Antriebs vorgegeben werden, z.B. über ein Fahrpedal und/oder ein Fahrpotentiometer. Die Einrichtung zur Einstellung kann dann ausgebildet sein, um basierend auf dieser Vorgabe, z.B. auch im Zusammenspiel mit der momentanen Last, beispielsweise einen entsprechenden Steuerdruck einzustellen. Die Hydraulikpumpe ist dabei entsprechend mit dem hydrostatischen Antrieb gekoppelt. Der Steuerdruck beeinflusst dabei ein Fördervolumen der Hydraulikpumpe.
Einige Ausführungsbeispiele können vorsehen, dass die Einrichtung zur Einstellung ausgebildet ist, um den hydrostatischen Antrieb ferner basierend auf einer Drehzahlvorgabe für eine Antriebsdrehzahl der Hydraulikpumpe einzustellen. Die Antriebsdrehzahl der Hydraulikpumpe kann variabel oder auch konstant sein, vgl. oben „constant speed mode“. Beispielsweise kann die Antriebsdrehzahl der Hydraulikpumpe über ein entsprechendes Bedienelement vorgegeben werden. Basierend auf dieser Antriebsdrehlzahlvorgabe kann dann die Einrichtung zur Einstellung den hydrostatischen Antrieb so einstellen, dass sich gemäß der oberen Drehzahlvorgabe eine entsprechende Abtriebsdrehzahl ergibt.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Einrichtung zur Einstellung des Steuerdrucks als Steuerung ausgebildet sein. Ferner kann die Einrichtung zur Einstellung ausgebildet sein, um den hydrostatischen Antrieb basierend auf einem Kennfeld einzustellen. Das Kennfeld kann dabei die obere Drehzahlvorgabe als Eingangsparameter vorsehen und eine einen Steuerdruck der Hydraulikpumpe und/oder eine ein Schluckvolumen des Hydromotors beeinflussende Größe als Ausgangswert aufweisen. In manchen Ausführungsbeispielen kann das Kennfeld ferner eine Antriebsdrehzahl der Hydraulikpumpe als Eingangsparameter aufweisen. In anderen Worten kann in Ausführungsbeispielen der Steuerdruck basierend auf einem Kennfeld angepasst oder eingestellt werden. Das Kennfeld kann z. B. ein oder mehrere Eingangsgrößen vorsehen, die auch lastabhängig sein können, und als Ausgangsgröße eine den Steuerdruck und/oder das Schluckvolumen beeinflussende Größe liefern. In anderen Worten können in Ausführungsbeispielen Steuerungen vorgesehen sein, die einen Zusammenhang zwischen einer bestimmten Drehzahlvorgabe und dem Steuerdruck abbilden, wie beispielweise einen linearen oder proportionalen Zusammenhang. In anderen Ausführungsbeispielen können auch mehrdimensionale Kennfelder vorgesehen sein, die basierend auf mehreren Eingangsgrößen eine Ausgangsgröße liefern, wobei die Ausgangsgröße Information über einen einzustellenden oder anzupassenden Steuerdruck, bzw. ein entsprechendes Sollschluckvolumen des Hydromotors, aufweist.
Die Einrichtung zur Erfassung kann in Ausführungsbeispielen ausgebildet sein, um die obere Drehzahlvorgabe anhand eines Fahrpotentiometers zu erfassen. Bei dem Fahrpotentiometer handelt es sich beispielsweise um einen manuell bedienbaren Hebel, Schalter oder Drehrad etc, also um eine manuell bedienbare Einrichtung. Dementsprechend ist die obere Drehzahlvorgabe variabel manuell einstellbar. Beispielsweise kann ein Fahrer eines entsprechend ausgerüsteten Fahrzeugs auf diese Art eine obere, d.h. maximale Abtriebsdrehzahl vorgeben. Die Einrichtung zur Einstellung kann darüber hinaus ausgebildet sein, um die Anpassung des Steuerdrucks in einem Abtriebsdrehzahlbereich des hydrostatischen Antriebs zwischen 0 und der oberen Drehzahlvorgabe vorzunehmen. Zur Einstellung der oberen Drehzahlvorgabe ist dann das Fahrpotentiometer vorgesehen. Mit anderen Worten wird mittels des Fahrpotentiometers anhand der oberen Drehzahlvorgabe eine Breite des zur Verfügung stehenden Abtriebsdrehzahlbereichs eingestellt. Hierbei kann außerdem ein (konventionelles) Fahrbedal vorgesehen sein, mittels dessen die Soll-Abtriebsdrehzahl des hydrostatischen Antriebs innerhalb dieses Abtriebsdrehzahlbereichs eingestellt wird. Entsprechend der eingestellten oberen Drehzahlvorgabe ändert sich folglich bei gleicher Fahrpedalstellung die Soll-Abtriebsdrehzahl. Beispielsweise liegt bei halb durchgedrücktem Fahrpedal die halbe obere Drehzahlvorgabe als Soll-Abtriebsdrehzahl vor, bei voll durchgedrücktem Fahrpedal liegt dann genau die obere Drehzahlvorgabe als Soll-Abtriebsdrehzahl vor. Somit kann ein gefühlvolles Langsamfahren (bei niedriger oberer Drehzahlvorgabe) sowie ein dynamisches Schnellfahren (bei hoher oberer Drehzahlvorgabe) realisiert werden, wobei jeweils der gesamte zur Verfügung stehende Fahrpedalweg nutzbar ist. Ausführungsbeispiele basieren auf dem Kerngedanken, dass der Steuerdruck oder auch das Schluckvolumen eines hydrostatischen Antriebes angepasst werden kann. Dies kann über alle Drehzahlbereiche geschehen, in Ausführungsbeispielen kann auch ein bestimmter Drehzahlbereich, wie beispielsweise ein unterer Drehzahlbereich, für diese Anpassung herangezogen werden. Ausführungsbeispiele beruhen ferner auf der Erkenntnis, dass sich durch äußere Lasten die Abtriebsdrehzahl senken kann, oder diese gewollt, beispielsweise durch einen Drehzahlbegrenzer oder ein Fahrpotentiometer gesenkt wird, und es dann zum Ausschalten von verschiedenen Regel- und Steuerungskomponenten kommen kann. Dies hängt damit zusammen, dass eine Drehzahl des Abtriebs in einem niedrigen Drehzahlbereich nicht zuverlässig bestimmbar ist, da hier beispielsweise Hallsensoren zum Einsatz kommen, die erst ab einer gewissen Frequenz und damit Drehzahl zuverlässige Werte liefern.
Dadurch kann bezüglich der Abtriebsdrehzahl eine Schwelle entstehen, ab der ein Regler bei ansteigender Abtriebsdrehzahl einschaltet, bzw. bei fallender Abtriebsdrehzahl wieder ausschaltet. In diesem Bereich kann zur Vermeidung von schnell aufeinander folgenden Schaltvorgängen eine entsprechende Hysterese vorgesehen sein. Beispielsweise kann unterhalb dieser Schwellen, d.h. in dem Bereich in dem der Regler ausgeschaltet ist, in Ausführungsbeispielen der Steuerdruck oder das Schluckvolumen z.B. auch lastabhängig angepasst werden. In anderen Worten kann die Einrichtung zur Einstellung ausgebildet sein, um den hydrostatischen Antrieb ferner basierend auf einer Last des hydrostatischen Antriebs einzustellen. Die Vorrichtung kann eine Einrichtung zur Lasterfassung aufweisen, die durch Sensoren realisiert sein kann. Beispielsweise können hier Größen erfasst werden, die erst durch entsprechende Auswertung auf die Last schließen lassen. Dies können beispielsweise Drucksensoren, Volumensensoren, Durchflusssensoren, usw. sein. In Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung als Geschwindigkeitsbeschränkungsfunktion oder einer Fahrbereichsvorwahl eingesetzt werden. Beispielweise kann bei kleinen maximalen Abtriebsdrehzahlanforderungen und ausgeschaltetem Hydraulikpumpenregler die Reduzierung der Zugkraft an dem hydrostatischen Antrieb kompensiert werden. Ausführungsbeispiele können damit den Vorteil liefern, dass nach einer Unterschreitung der Reglerausschaltschwelle bzw. bei Nichterreichen der Reglereinschaltschwelle eine Anpassung des Steuerdrucks oder des Schluckvolumens lastabhängig erfolgen kann, und damit unter Umständen ein Stillstand des Fahrzeugs vermieden werden kann.
In Ausführungsbeispielen kann die Einrichtung zur Einstellung ausgebildet sein, um die Einstellung in einem Abtriebsdrehzahlbereich des hydrostatischen Antriebs zwischen 0 und der oberen Drehzahlvorgabe vorzunehmen. In manchen Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass die lastabhängige Anpassung des Steuerdrucks über den ganzen Drehzahlbereich erfolgt oder aber nur bis zu einer gewissen Drehzahlgrenze. In einigen Ausführungsbeispielen kann diese Drehzahlgrenze mit dem Ein- bzw. Ausschalten des Reglers zusammenfallen, sodass bei ausgeschaltetem Regler eine lastabhängige Anpassung des Steuerdrucks erfolgen kann. In anderen Worten beeinflusst in einem hydrostatischen Antrieb die Menge oder das Volumen der Hydraulikflüssigkeit, die unter bestimmten Druck in einen Hydromotor gepumpt wird, die von dem Antriebsmotor abgegebene Leistung. Hier können beispielsweise Radialkolbenmaschinen oder Axialkolbenmaschinen zum Einsatz kommen. Der Steuerdruck der Hydraulikpumpe, stellt dabei das Fördervolumen der Hydraulikpumpe ein, wobei auch hier Radialkolbenmaschinen oder Axialkolbenmaschinen eingesetzt werden können. In manchen Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zur Erfassung einer Abtriebsdrehzahl des hydrostatischen Antriebs umfassen, wobei die Einrichtung zur Einstellung ausgebildet sein kann, um den hydrostatischen Antrieb ferner basierend auf der Abtriebsdrehzahl einzustellen. In anderen Worten kann die Einrichtung zur Anpassung des Steuerdrucks ausgebildet sein, um den Steuerdruck nur dann lastabhängig anzupassen, wenn eine gewisse Drehzahlgrenze des Abtriebs unterschritten wird. In anderen Worten kann die Einrichtung zur Anpassung des Steuerdrucks ausgebildet sein, um den Steuerdruck unterhalb einer Drehzahlgrenze des hydrostatischen Antriebs anzupassen.
In Ausführungsbeispielen können verschiedene Methoden zur Lasterfassung eingesetzt werden. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Einrichtung zur Lasterfassung ausgebildet sein, um eine Information über die Last aus einer Hydraulikpumpenfehlmenge der Hydraulikpumpe und des hydrostatischen Antriebs abzuleiten. Die Hydraulikpumpenfehlmenge kann beispielsweise aus der Differenz zwischen einem bei gegebenem Steuerdruck zu erwartenden Volumen, z.B. für den lastfreien Fall, und dem tatsächlich geförderten oder rückströmenden Volumen bestimmt werden. In anderen Worten sei unter der Hydraulikpumpenfehlmenge vorliegend diejenige Mengen- oder Volumendifferenz verstanden, die zwischen einer Fördermenge der Hydraulikpumpe für einen bestimmten Steuerdruck in einem definierten Lastzustand und der tatsächlichen Fördermenge liegt.
In solchen Ausführungsbeispielen können dementsprechend Mengenmesser oder Volumenmesser zum Einsatz kommen. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Hydraulikpumpe oder der hydrostatische Motor (Hydromotor) als Radialkolbenmaschine oder Axialkolbenmaschine ausgebildet sein und die Einrichtung zur Lasterfassung kann ferner ausgebildet sein, um eine Information über die Last aus einem Schrägwinkel oder Schwenkwinkel der jeweiligen Maschine abzuleiten. Wie aus dem Bereich der konventionellen Technik bekannt ist, können solche Hydraulikpumpen in verschiedenen Ausführungen vorliegen, beispielsweise auch als Radialkolbenmaschine oder Axialkolbenmaschine. Bei solchen Maschinen hängt das Fördervolumen pro Umdrehung von einem Schwenkwinkel ab. Beispielsweise können hier Schwenkwinkelsensoren eingesetzt werden, um somit auf die Last zu schließen. In anderen Ausführungsbeispielen kann ferner eine Drehzahl eines die Hydraulikpumpe antreibenden Antriebsmotors, wie Verbrennungsmotordrehzahl, also Dieseldrehzahl etc., mit berücksichtigt werden. In anderen Worten hängt bei konstanter Drehzahl und vorgegebenem Schwenkwinkel bei einer solchen Maschine das geförderte Volumen unter gegebener Geometrie nur noch vom Steuerdruck und vom Fahr- oder Hochdruck ab. Vernachlässigt man Schlupf und etwaige Kompressibilität, kann aus dem Schwenkwinkel und der Drehzahl direkt auf das Fördervolumen geschlossen werden.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Einrichtung zur Lasterfassung ausgebildet sein, um eine Information über die Last aus einer Druckdifferenz abzuleiten. In solchen Ausführungsbeispielen können beispielweise Drucksensoren oder Hochdrucksensoren eingesetzt werden. Diese können sich an mehreren Stellen befinden und beispielsweise Druckverhältnisse in einem Zulauf zu einem hydrostatischen Motor oder einem hydrostatischen Antrieb bestimmen, sowie im Rücklauf. Aus der Druckdifferenz kann dann auf die entsprechende Last des Hydromotors geschlossen werden. In weiteren Ausführungsbeispielen kann auch eine Kombination der oben genannten Methoden eingesetzt werden, um die Last zu bestimmen. Ausführungsbeispiele können daher auch auf der Erkenntnis beruhen, dass normalerweise zufällige Lastverhältnisse dieses Antriebs von einem Regler ausgeregelt werden. Damit der Regler aber funktioniert, muss dem Regler eine Regeldifferenz bereitgestellt werden. Wie bereits oben erwähnt kann durch Fahrgeschwindigkeitsreduzierungen ein Bereich unterhalb einer Erkennungsgrenze eines Drehzahlsensors angefahren werden, sodass ohne weitere Informationen, die beispielsweise durch Sensoren oder andere Informationsmittel bestimmt werden können, nicht auf eine Last erkannt werden kann. In diesem Fall kann das Fahrzeug stehen bleiben oder gar nicht erst losfahren.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Einrichtung zur Einstellung des hydrostatischen Antriebs als Regler ausgebildet sein. In anderen Worten kann der Steuerdruck oder das Schluckvolumen dann als Stellgröße dienen, um beispielsweise eine Differenz zwischen einer Ist-Abtriebsdrehzahl und einer Soll-Abtriebsdrehzahl auszuregeln, die basierend auf der jeweiligen Last bestimmt werden kann. Darüber hinaus schaffen Ausführungsbeispiele einen hydrostatischen Antrieb mit einer hydrostatischen Hydraulikpumpe, einem hydrostatischen Motor und einer Vorrichtung gemäß der obigen Beschreibung. Ferner können Ausführungsbeispiele eine Bau- oder Landmaschine mit einem solchen hydrostatischen Antrieb schaffen.
Ausführungsbeispiele schaffen darüber hinaus ein Verfahren zur Einstellung eines hydrostatischen Antriebs, der eine Hydraulikpumpe und einen Hydromotor aufweist. Das Verfahren umfasst ein Erfassen einer oberen Drehzahlvorgabe für eine Abtriebsdrehzahl des Hydromotors und ein Einstellen des hydrostatischen Antriebs basierend auf der oberen Drehzahlvorgabe.
Ferner schaffen Ausführungsbeispiele ein Computerprogramm zur Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren, wenn das Computerprogramm auf einem Prozessor oder in einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.
Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren im Detail beschrieben. Es zeigen
1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Antriebs;
2 ein prinzipielles Ersatzschaltbild eines hydrostatischen Antriebes;
3 eine Funktionsskizze einer Axialkolbenmaschine in einem Ausführungsbeispiel;
4 ein Blockdiagram mit einem Ausführungsbeispiel;
5 ein Ablaufdiagram eines Verfahrens in einem Ausführungsbeispiel;
6 eine Übersicht über das Zusammenspiel eines Ausführungsbeispiels mit anderen Komponenten in einem System;
7 eine Übersicht über einen hydraulischen Antrieb mit einem Ausführungsbeispiel;
8 ein Schaubild eines Ausführungsbeispiels; und
9 ein Blockschaltbild eines Flussdiagrammes eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Einstellung eines Steuerdrucks.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die Ausführungsbeispiele zeigen, bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Ferner werden zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt. Darüber hinaus sind optionale Komponenten mit gestrichelten Linien dargestellt.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100 zur Einstellung eines hydrostatischen Antriebs 300. Der hydrostatische Antrieb 300 umfasst zumindest eine Hydraulikpumpe 140 und einen Hydromotor 150. Die Hydraulikpumpe 140 wird durch einen nicht gezeigten Antriebsmotor, wie beispielsweise einen Verbrennungsmotor, wie Dieselmotor etc., angetrieben. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Einrichtung zur Erfassung 110 einer oberen Drehzahlvorgabe für eine Abtriebsdrehzahl des Hydromotors 150 und eine Einrichtung zur Einstellung 120 des hydrostatischen Antriebs 300 basierend auf der oberen Drehzahlvorgabe. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung zur Einstellung 120 ausgebildet, um den hydrostatischen Antrieb 300 durch Anpassung eines Steuerdrucks der Hydraulikpumpe 140 einzustellen. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Einrichtung zur Einstellung auch angepasst sein, um den hydrostatischen Antrieb 300 durch Anpassung eines Schluckvolumens des Hydromotors 150 einzustellen.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel mit einer kennfeldbasierten Steuerung betrachtet. In anderen Worten ist dann die Einrichtung zur Einstellung 120 ausgebildet, um den hydrostatischen Antrieb 300 basierend auf einem Kennfeld einzustellen. Das Kennfeld kann durch einen Speicher realisiert sein, der eine Tabelle, eine Matrix o.ä. umfasst. Ein oder mehreren Eingangsparametern werden dann Ausgangswerte zugeordnet, auf deren Basis der hydrostatische Antrieb 300 eingestellt wird. Insofern ist die Einrichtung zur Einstellung 120 dann als Steuerung ausgebildet. In dem betrachteten Ausführungsbeispiel dient die obere Drehzahlvorgabe als Eingangsparameter und eine einen Steuerdruck der Hydraulikpumpe 140 (ggf. auch eine ein Schluckvolumen des Hydromotors 150) beeinflussende Größe als Ausgangswert. Darüber hinaus dient die Antriebsdrehzahl der Hydraulikpumpe 140 als Eingangsparameter. Der Steuerdruck beeinflusst dabei ein Fördervolumen der Hydraulikpumpe 140.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung zur Erfassung 110 ausgebildet, um die Drehzahlvorgabe für den Abtrieb anhand eines Fahrpedals und eines Fahrpotentiometers zu erfassen. Das Fahrpotentiometer kann beispielsweise als manuell bedienbarer Hebel, Schalter oder Drehrad ausgeführt sein. Bei dem Fahrpedal handelt es sich beispielsweise um ein manuell bedienbares Fußpedal oder ein Handgasgriff oder -hebel. Beispielsweise kann die Vorrichtung 100 in einer Bau- oder Landmaschine implementiert sein, wobei ein Fahrer bzw. Bediener der Maschine die obere Drehzahlvorgabe über das Fahrpotentiometer vorgibt, während er eine Soll-Abtriebsdrehzahl zwischen 0 und der eingestellten oberen Drehzahlvorgabe durch das Fahrpedal vorgibt. Dementsprechend ist die obere Drehzahlvorgabe variabel einstellbar. Hierdurch ist eine gefühlvolles Langsamfahren (niedrige obere Drehzahlvorgabe) und ein dynamisches Schnellfahren (hohe obere Drehzahlvorgabe) möglich.
Darüber hinaus ist der Antrieb 300 in dem Ausführungsbeispiel der 1 optional dargestellt. In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Antrieb 300 auch von der Vorrichtung 100 bzw. umgekehrt umfasst sein. Die 1 zeigt ferner, dass die Einrichtung zur Einstellung 120 ausgebildet ist, um den hydrostatischen Antrieb 300 ferner basierend auf einer Drehzahlvorgabe für eine Antriebsdrehzahl der Hydraulikpumpe 140 einzustellen.
In dem Ausführungsbeispiel, das in der 1 gezeigt ist, ist die Einrichtung zur Einstellung 120 ferner ausgebildet, um die Anpassung des Steuerdrucks in einem Drehzahlbereich des hydrostatischen Antriebs 300 zwischen 0 und der oberen Drehzahlvorgabe für den Abtrieb vorzunehmen. Daher kann die Vorrichtung 100 in der 1 ferner eine Einrichtung zur Erfassung 130 einer (Soll-)Abtriebsdrehzahl des hydrostatischen Antriebs 300, wobei die Einrichtung zur Einstellung 120 ausgebildet ist, um die Einstellung ferner basierend auf der (Soll-)Abtriebsdrehzahl vorzunehmen. In anderen Worten ist die Einrichtung zur Einstellung 120 des Steuerdrucks ausgebildet, um den Steuerdruck unterhalb einer Drehzahlgrenze des hydrostatischen Antriebs 300 anzupassen. Diese Drehzahlgrenze kann beispielsweise bei 5, 10, 20, 50, 100, usw. Umdrehungen pro Minute (=rpm) liegen.
Die Einrichtung zur Einstellung 120 kann ausgebildet sein, um den hydrostatischen Antrieb 300 ferner basierend auf einer Last des hydrostatischen Antriebs 300 einzustellen. Wie das Ausführungsbeispiel der 1 zeigt, umfasst die Vorrichtung ferner eine optionale Einrichtung zur Lasterfassung 135. Die Einrichtung zur Lasterfassung 135 ist ausgebildet, um eine Information über die Last aus einer Hydraulikpumpenfehlmenge der Hydraulikpumpe 140 und des hydrostatischen Antriebs 300 abzuleiten. Wie bereits oben erwähnt, kann in Ausführungsbeispielen die Hydraulikpumpe 140 und/oder der Hydromotor 150 als Axialkolbenmaschine ausgebildet sein. Die Einrichtung zur Lasterfassung 135 kann dann auch ausgebildet sein, um eine Information über die Last aus einem Schwenkwinkel der Hydraulikpumpe 140 abzuleiten. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Einrichtung zur Lasterfassung 110 ausgebildet sein, um eine Information über die Last aus einer Druckdifferenz abzuleiten. Diese Druckdifferenz kann beispielsweise in einem Zulauf und einem Ablauf der Hydraulikpumpe 140 bestimmt werden.
2 zeigt ein prinzipielles Schaubild eines hydrostatischen Antriebes 300, der einen Antriebsmotor 510 umfasst, der beispielsweise als Verbrennungsmotor, wie ein Dieselmotor etc. ausgeführt sein kann. Der Antriebsmotor 510 treibt dabei eine Hydraulikpumpe 140 an, deren Fördervolumen pro Umdrehung variabel ist, d.h. q_Pu = var. Die Hydraulikpumpe 140 ist hydraulisch mit einem Hydromotor 150 gekoppelt, dessen Schluckvolumen pro Umdrehung konstant ist, d.h. q_Hydro = const. Der Hydromotor 150 kann alternativ auch so ausgeführt sein, dass sein Schluckvolumen variabel einstellbar ist. Dann kann nämlich eine Abtriebsdrehzahl des Hydromotors 150 auch dann noch gesteigert werden, wenn die Pumpe 140 ihr maximales Fördervolumen erreicht hat. Die Hydraulikpumpe 140 kann beispielsweis als Radial- oder Axialkolbenmaschine ausgeführt sein, so dass das Fördervolumen pro Umdrehung q_Pu von einem Schwenkwinkel und damit von einem Steuerdruck abhängt, ebenso der Hydromotor 150.
3 zeigt oben ein prinzipielles Schaubild einer Axialkolbenmaschine, die in einem Ausführungsbeispiel als Hydraulikpumpe 140 verwendet werden kann. Die Axialkolbenmaschine weist einen Ablauf 140a auf, durch den die Hydraulikpumpe 140 die Hydraulikflüssigkeit mit einem ersten Druck p1 in den Hydraulikmotor (in 3 nicht gezeigt) fördert und einen Zulauf 140b durch den die Hydraulikpumpe die Hydraulikflüssigkeit mit einem zweiten Druck p2 wieder aufnimmt. In dem Ablauf 140a bzw. Zulauf 140b sind Zylinder 140c und 140d vorgesehen, die entsprechende Kolben 140e, 140f führen, die wiederum auf Gleitschuhen 140h und 140i auf der Schrägscheibe 140g laufen. Der Schwenkwinkel der Schrägscheibe 140g ist in der 3 mit β bezeichnet und wird durch den oben beschriebenen Steuerdruck beeinflusst. Die 3 zeigt darüber hinaus die beiden entgegengesetzten Kräfte Fx1 und Fx2, die an der Schrägscheibe 140g angreifen und deren Schwenkwinkel β ebenfalls beeinflussen. Der Einfluss soll anhand der Skizze in der 3 unten erläutert werden. Die 3 zeigt unten ein Baufahrzeug, dass mit einem entsprechenden hydraulischen Antrieb 300 ausgestattet ist und sich auf der schiefen Ebene bergauf bewegt, wie es durch den Pfeil angezeigt wird. Der Winkel der Ebene ist mit α bezeichnet.
Nimmt man an, dass α > 0 so folgt, dass der Druck p1 steigt bzw. die Kraft Fx2 größer wird. Wenn dann gleichzeitig der Schwenkwinkel β konstant bleiben soll, muss der Steuerdruck pX, der proportional mit der Kraft Fx1 zusammenhängt, steigen.
Z.B. sei für α = 0 pX = pX_Vorsteuerung. In anderen Worten ergibt sich im lastfreien Fall der Steuerdruck aus einem Wert der von einer Vorsteuerung vorgegeben wird. Dann erhöht sich pX für α > 0 auf pX = pX_Vorsteuerung + pX_Last, d.h. um eine lastabhängigen Anteil. In einer alternativen Darstellung kann das Schluckvolumen des Hydromotors 150 pro Umdrehung betrachtetet werden, das sich dann aus einem Anteil aus der Vorsteuerung und einem lastabhängigen Anteil, beispielsweise von einem Regler, zusammensetzt. Insofern sei darauf hingewiesen, dass zwischen den Schluck- und Fördervolumen von Hydraulikpumpe 140 und Motor 150 äquivalente Beziehungen bestehen.
Unter Berücksichtigung der 2 gilt ferner, dass für ein konstantes Fördervolumen q_Pu = konst pro Umdrehung an der Hydraulikpumpe 140, d.h. für konstanten Schwenkwinkel, die Abtriebsdrehzahl des Hydromotors 150 n_AB = f(q_Hydro, n_Diesel) eine Funktion des Schluckvolumen q_Hydro pro Umdrehung des Hydromotors 150 und der Drehzahl des Antriebsmotors 510 ist. Anders herum betrachtet kann das Schluckvolumen q_Hydro pro Umdrehung des Hydromotors 150 als Funktion der Abtriebsdrehzahl und der Drehzahl des Antriebsmotors 510 betrachtet werden: q_Hydro = f(n_AB, n_Diesel). Nimmt man das Schluckvolumen des Hydromotors 150 als konstant an, q_Hydro = konst, dann ergibt sich die Abtriebsdrehzahl als Funktion des Fördervolumens q_Pu pro Umdrehung der Hydraulikpumpe 140 und der Drehzahl des Antriebsmotors 510, n_AB = f(q_Pu, n_Diesel). Die Abtriebsdrehzahl lässt sich darüber hinaus darstellen als n_AB = Q_Pu/(q_Hydro ·i_n), wobei Q_Pu das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 140 bezogen auf die Zeit ist und i_n ein Übersetzungsverhältnis zu einem die Abtriebsdrehzahl n_AB erfassenden (Hall-)Sensor repräsentiert.
4 zeigt ein weiteres Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100, die als elektronische Kontrolleinheit (ECU von engl. „Electronic Control Unit“) implementiert ist. Die 4 zeigt darüber hinaus einen Antriebsmotor 510, der eine Hydraulikpumpe 140 antreibt. Die Hydraulikpumpe 140 ist hydraulisch mit einem Hydromotor 150 gekoppelt, der eine Abtriebsdrehzahl n_AB liefert. Im Hydraulikkreislauf zwischen der Hydraulikpumpe 140 und dem Hydromotor 150 wird die Fördermenge Q_Fördermenge von der Hydraulikpumpe 140 gefördert. Die ECU 100 gibt der Hydraulikpumpe 140 einen Steuerdruck vor, der in der 4 mit I_{Hydraulikpumpe} bezeichnet ist. Dabei kann die Drehzahl des Antriebsmotors 510 n_Mot berücksichtigt werden, die beispielsweise basierend auf einer entsprechenden Vorgabe eingestellt wird. Die ECU 100 kann dabei ferner die Abtriebsistdrehzahl n_AB und das Schluckvolumen pro Umdrehung q_Hydro des Hydromotors 150 berücksichtigen. In der 4 erfolgt die Steuerung der Pumpe, wie bereits oben beschrieben, basierend auf der Sollvorgabe für die Abtriebsdrehzahl (obere Drehzahlvorgabe).
Im Folgenden sei die Hydraulikpumpenfehlmenge dQ definiert basierend auf der Differenz zwischen der zu erwartenden Fördermenge Q_Förder der Hydraulikpumpe 140, die sich im lastfreien Fall für einen vorgegebenen Steuerdruck einstellt, und der tatsächlichen Fördermenge Q_Fördermenge, die mit der Aufnahmemenge Q_Aufnahme des Hydromotors 150 übereinstimmt. Z.B. dQ = Q_Förder – Q_Aufnahme = q_Pu·n_Mot – q_Hydro·n_Hydro, mit n_Hydro = i_n·n_AB.
Darüber hinaus sei eine Erkennungsschwelle x (im Folgenden auch zweite Schwelle genannt) vorgegeben, ab der die Abtriebsdrehzahl beispielsweise mittels eines Hall-Sensors zuverlässig bestimmt werden kann. Unterhalb dieser Schwelle, d.h. für n_AB < x, ergibt sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Steuerdruck pX als pX = pX_Vorsteuerung + pX_Last, wobei der lastabhängige Anteil, hier von der Einrichtung zur Einstellung 120 bereitgestellt wird, mit pX_Last und der Vorsteuerungsanteil mit pX_Vorsteuerung bezeichnet ist. Oberhalb der Schwelle, d.h. für n_AB ≥ x, ergibt sich der Steuerdruck pX aus pX = pX_Vorsteuerung + pX_Regler, wobei hier der Anteil pX_Regler von einem Regler basierend auf der Abtriebsdrehzahl n_AB vorgegeben wird.
Der Ablauf in diesem Ausführungsbeispiel ist in der 5 in einem Ablaufdiagramm dargestellt. Die Abtriebsdrehzahl n_AB sei in der 5 von außen (z.B. Fahrpedal, Fahrpotentiometer, etc.) vorgegeben und durch die Vorrichtung 100 eingestellt. Es erfolgt dann eine Bestimmung, ob die Abtriebsdrehzahl unterhalb der Schwelle liegt (n_AB < x) und ob die Hydraulikpumpenfehlmenge dQ über einer Schwelle dQ_Last (dQ > dQ_Last) liegt, die in der 5 mit dem Block 400 dargestellt ist. Hintergrund der zweiten Bedingung ist, das eine Mindestabweichung der Hydraulikpumpenfehlmenge sichergestellt wird, um Eingriffe, d.h. Steuer- oder Regelaktivitäten, bei geringen Abweichungen zu vermeiden. Sofern beide Bedingungen erfüllt sind, erfolgt die Anpassung der Steuerdrucks gemäß pX = pX_Vorsteuerung + pX_Last,n im Block 402 (linker Zweig in der 5),
wobei die Anpassung des lastabhängigen Anteils pX_Last,n hier inkrementell auf einer zeitdiskreten Ebene erfolgt, d.h. pX_Last,n = pX_Last,n-1 + i_dP siehe Block 404, wobei n den Zeitindex darstellt und i_dP die Druckinkremente. Sollten die beiden Bedingungen nicht erfüllt sein, erfolgt die Anpassung der Steuerdrucks gemäß Block 406, pX = pX_Vorsteuerung + pX_Regler (rechter Zweig in der 5).
Hier ist zu berücksichtigen, dass die Reglerkomponente pX_Regler unterhalb der Schwelle (n_AB < x) auch null sein kann. Wie die 5 weiter zeigt wird der Steuerdruck in beiden Fällen nach oben durch entsprechende Begrenzer 408, 410 auf ein Maximum pX_Max begrenzt.
6 illustriert eine Übersicht über das Zusammenspiel eines Ausführungsbeispiels mit anderen Komponenten in einem Antriebssystem in einer entsprechenden Maschine. 6 zeigt eine erste Komponente 600, die beispielsweise einer Recheneinheit eines Fahrzeugherstellers entsprechen kann. Diese umfasst eine Einrichtung zur Erfassung der Motordrehzahl 602 eines Antriebsmotors, wie eines Verbrennungsmotors, (z.B. Hall-Sensor; CAN-Bus, etc.) und eine Einrichtung zur Erfassung einer maximalen Abtriebsdrehzahl 604 (= obere Drehzahlvorgabe), z.B. mittels des Fahrpotentiometers. Beide Einrichtungen 602, 604 liefern ihre Werte an eine Einrichtung zur Verarbeitung der Schnittstellen 606 (z.B. Buscontroller), so dass eine Kommunikation mit der Vorrichtung 100 ermöglicht wird. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Einrichtung zur Lasterfassung 135 eines hydrostatischen Antriebs 300 und eine Einrichtung zur Einstellung 120 des Steuerdrucks basierend auf einer erfassten Last des Antriebs 300 und basierend auf der Drehzahlvorgabe die von der ersten Komponente 600 über eine Schnittstelle erhalten wird. Aus der Sicht der Vorrichtung 100 kann demnach die Einrichtung 110 zur Erfassung der Drehzahlvorgabe auch einer Schnittstelle entsprechen, die wie hier angedeutet, direkt oder indirekt mit dem Fahrpotentiometer gekoppelt sein kann. Der Antrieb 300 ist in der 6 separat gezeigt und umfasst eine Einrichtung zur Erfassung des Schluckvolumens 302 des Hydromotors (z.B. Mengen- oder Volumenstromsensoren) und eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl 304 des Hydromotors (Ist-Drehzahl), z.B. mittels Hall-Sensor. Drehzahl 304 und Schluckvolumen 302 werden der Vorrichtung 100, insbesondere dem Algorithmus zur Lasterfassung 135 bereitgestellt. In dem betrachteten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 100 ferner die Einrichtung zur Einstellung 120, die als Vorsteuerung ausgebildet ist und die bereits oben beschriebenen Vorsteuerungswerte liefert. In dem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zur Anpassung des Steuerdrucks 137 auf, die den Steuerdruck basierend auf der erfassten Last anpasst und die in dem Ausführungsbeispiel getrennt von der Einrichtung zur Einstellung 120 dargestellt. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Einrichtung zur Einstellung 120 die Aufgaben der Einrichtung zur Anpassung 137 mit übernehmen.
Die entsprechenden Werte für den Steuerdruck werden dann an eine Hydraulikpumpe 140 weitergegeben, wobei eine Steuerdruckeinrichtung 170 die vorgegebenen Werte zu einem Gesamtsteuerdruck pX zusammenfasst. Eine Schwenkwinkeleinrichtung 180, die durch eine Schrägscheibe realisiert sein kann, stellt dann basierend auf dem Steuerdruck den Schwenkwinkel und damit ein entsprechendes Fördervolumen ein.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung zur Einstellung 120 als Steuerung ausgebildet. Diese ermittelt zur Anpassung des Steuerdrucks aus einer Kennlinie eine Ausgangsgröße, über die an der Hydraulikpumpe 140 der Steuerdruck einstellbar ist. Die Hydraulikpumpe 140 liefert dann ein entsprechendes Fördervolumen. Das Kennfeld weist dabei mehrere Eingangsgrößen auf, wobei die Hydraulikpumpenfehlmenge eine lastabhängige Größe ist und die Drehzahlvorgabe sowie die Drehzahl Eingangsgrößen darstellen.
Die 7 illustriert den allgemeinen Aufbau eines hydrostatischen Antriebs 300 anhand eines Schaubildes, das das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten weiter verdeutlichen soll. Die Bezeichnung „MB“ in der 7 steht dabei für Hydromotor B, d.h. einen zweiten Hydromotor neben einem Hydromotor A. Dies zeigt bereits, dass in einem solchen System ein oder mehrere Verbraucher, wie Hydromotoren, vorkommen können. Der hydrostatische Antrieb 300 umfasst eine hydrostatische Hydraulikpumpe 140 und einen hydrostatischen Motor (Hydromotor) 150, und kann an eine Vorrichtung 100 gemäß der Beschreibung der 1 gekoppelt sein. Die Vorrichtung 100 kann dabei als Steuergerät (ECU) implementiert sein. Beispielsweise kommen ein Motorsteuergerät (EECU von „Engine“ ECU), ein Fahrzeugsteuergerät (VECU von engl. „Vehicle“ ECU) oder ein Getriebesteuergerät (TECU von engl. „Transmission“ ECU) in Frage.
Die 7 zeigt auf der linken Seite die Vorgabe eines Sollwertes für die Drehzahl eines Abtriebs, der mit n_Ab_Soll bezeichnet ist. Insgesamt zeigt die 7, dass sowohl die Hydraulikpumpe 140 als auch der Hydromotor 150 in einen Regelkreis eingebunden sind. Ein Differenzbilder 500 bestimmt daher zunächst eine Regeldifferenz, die sich aus dem Sollwert für die Drehzahl des Abtriebs und der tatsächlichen Drehzahl des Abtriebs ergibt, wobei die tatsächliche Drehzahl auch mit n_Ab bezeichnet ist. Diese Regeldifferenz wird einem Fahrregler 502 zugeführt, der dann einen Soll-Steuerdruck für die nachfolgende Hydraulikpumpe vorgeben soll, wobei dieser Steuerdruck mit pX_Soll bezeichnet ist. Darüber hinaus ist noch zu erwähnen, dass die gesamte Fahrgeschwindigkeitsregelung über die Hydraulikpumpe im hier gezeigten Ausführungsbeispiel nur bis zu einer ersten Schwelle, wie beispielsweise 380rpm (d.h. 380 Umdrehungen pro Minute, von eng. „revolutions per minute“) erfolgt, wobei 380pm als bevorzugtes, jedoch nicht einschränkendes Beispiel für die erste Schwelle zu verstehen ist. Wie die 7 zeigt, erfolgt für Drehzahlen > 380rpm eine Begrenzung. Darüber hinaus findet auch keine Regelung unterhalb einer zweiten Schwelle, beispielsweise von 50rpm statt. Somit erfolgt die Vorgabe des Steuerdrucks für die Hydraulikpumpe 140 durch den Fahrregler 502 nur in einem Bereich zwischen der ersten und der zweiten Schwelle, also im Beispiel zwischen 50rpm und 380rpm. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Fahrregler 502 bevorzugt als PID-Regler ausgebildet, d.h. als Proportional-Integral-Differential-Regler. Es können allerdings auch andere geeignete Regler, wie beispielsweise ein I- oder PI-Regler eingesetzt werden. Die Hydraulikpumpe 140 umfasst einen weiteren Regler 504, der den Hydraulikpumpendruck pX für die eigentliche Hydraulikpumpe 506 basierend auf dem Soll-Steuerdruck regelt.
An der Hydraulikpumpe 506 wird daher der vorgegebene Steuerdruck pX erfasst, und von der Vorgabe des Fahrreglers 502 durch das Differenzbildungsglied 508 abgezogen. Es ergibt sich so die Regelabweichung für den Hydraulikpumpenregler 504, der diese auszuregeln versucht und vorzugsweise ebenfalls als PID-Regler ausgebildet ist. Es können auch hier andere geeignete Regler, wie beispielsweise ein I- oder PI-Regler eingesetzt werden. Der Hydraulikpumpenregler 504 liefert nun eine Stellgröße, die mit pX-Regler bezeichnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ferner davon ausgegangen, dass die Hydraulikpumpe 140 von einem Antriebsmotor 510 angetrieben wird. Der Antriebsmotor 510 gibt eine Nenndrehzahl vor, die mit n_Mot bezeichnet ist, d.h. er treibt mit dieser Drehzahl die Pumpe 140 an. Der Antriebsmotor 510 bildet selbst allerdings keinen Bestandteil des Hydromotors 150 oder der Pumpe 140 (vgl. 2 und 4). Diese Nenndrehzahl des Antriebsmotors 510 bildet eine Eingangsgröße eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 100 mit einem Kennfeld, das als weitere Eingangsgröße einen maximalen Sollwert für die Drehzahl des Abtriebs (=obere Drehzahlvorgabe) erhält, der auch mit N_Ab_Soll_max bezeichnet ist. Diese obere Drehzahlvorgabe N_Ab_Soll_max wird insbesondere mittels des Fahrpotentiometers manuell durch den Fahrer bzw. Bediener eingestellt und ist daher variabel. Das Kennfeld bzw. die Vorrichtung 100 fungiert somit als Vorsteuerung und liefert einen additiven Beitrag zum Ausgangswert des Hydraulikpumpenreglers 504. Die beiden Werte werden in dem Summationsglied 514 addiert und dann der Hydraulikpumpe als Eingangsgröße pX bereitgestellt. Die Hydraulikpumpe 506 setzt dann den Steuerdruck, der als Eingangsgröße pX vorgegeben wurde, in ein Fördervolumen Vg PU um, das pro Hydraulikpumpenumdrehung gefördert wird. Das Multiplikationsglied 516 zeigt an, dass dieses Volumen pro Umdrehung multipliziert mit der Drehzahl des Antriebsmotors 510 dann den Volumenstrom Q ergibt, der der Fördermenge der Hydraulikpumpe 140 entspricht.
Wie die 7 weiter zeigt, umfasst der Hydromotor 150 mehrere Komponenten, die in dem Schaubild dargestellt sind. Unter anderem weist der Motor 150 die Hydraulikkomponente 518 auf (= hydraulischer Teil des Motors 150), der der Volumenstrom Q der Pumpe 140 zugeführt wird. Dieser Volumenstrom Q resultiert dann in eine Drehzahl der Hydraulikkomponente 518, wobei entsprechende mechanische Übersetzungsverhältnisse im mechanischen Teil 520 des Motors 150 ihren Einfluss nehmen können. Dabei kann am Ausgang der Hydraulikkomponente 518 das tatsächliche Aufnahmevolumen, das auch durch q_ist bezeichnet ist, erfasst werden. Wie die 7 zeigt, wird dieses zurückgeführt und einem Schluckvolumenregler 522 zugeführt, der vorzugsweise ebenfalls als PID-Regler ausgeführt ist. Es können auch hier andere geeignete Regler, wie beispielsweise ein I- oder PI-Regler eingesetzt werden. Das Aufnahmevolumen wird dem Motorregler 522 nicht direkt zugeführt, sondern es wird zunächst im Differenzbilder 524 die Differenz zum Ausgang des Fahrreglers 502 gebildet, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel für Soll-Abtriebsdrehzahlen größer 380rpm (=erste Schwelle), hier ein Soll-Aufnahmevolumen einstellt. Hintergrund dieser Differenzbildung 524 ist, dass ab einer gewissen Soll-Drehzahl, der ersten Schwelle, hier beispielhaft > 380rpm, die Drehzahl des Abtriebes nicht mehr vom Fördervolumen der Hydraulikpumpe abhängt, da dessen Maximum dann erreicht ist, und daher die Drehzahl über das Schluckvolumen des Hydromotors im Getriebe angepasst wird. Dementsprechend verfügt der Motor 150 bzw. dessen Hydraulikkomponente 518 hier über ein variabel einstellbares Schluckvolumen.
Die 7 zeigt, dass die Fördermenge Q der Hydraulikpumpe 140 zusammen mit dem Sollwert für die Abtriebsdrehzahl und dem Motorenstatus einem weiteren Kennfeld 526 zugeführt wird, das einen weiteren additiven Beitrag zum Ausgang des Schluckvolumenreglers 522 liefert. Der Motorenstatus kann dabei mehrere Hydromotoren 150 oder Verbraucher des Gesamtsystems berücksichtigen. Der Schalter 528 zeigt, dass die Fördermenge oder die Drehzahl des Antriebsmotors 510 berücksichtigt werden kann, wobei beide Größen Eingangsgrößen für das Kennfeld 526 bilden können. Im Summationsglied 530 werden dann der Ausgangswert des Schluckvolumenreglers 522 und des Kennfeldes 526 addiert, und anschließend mit der Fördermenge Q der Hydraulikpumpe 140 zusammengeführt. Insofern ergibt sich die Schluckvolumenreglung für den Hydraulikeingang der Hydraulikkomponente 518 des Motors 150.
Darüber hinaus wird im Folgenden davon ausgegangen, dass die entsprechend in 7 gezeigte Anordnung in ein Fahrzeug, wie beispielsweise eine Bau- oder Landmaschine integriert ist. Um ein Fahrzeug bewegen zu können, muss ein minimales Drehmoment, welches abhängig von den Fahrzeugeigenschaften und des Fahrzeugzustands ist generiert werden. Bei einem vollhydrostatischen Antrieb, wie er in der 7 auch gezeigt ist, ist das Abtriebsmoment proportional zum Fahrhochdruck im System. Hochdruck kann beispielsweise durch Verringerung eines mit Öl befüllten Volumens, d.h. durch Kompression, oder auch durch eine Mengenregelung erzeugt werden, Vol(t0) > Vol(t1) (i), dV/dt(ein) > dV/dt(aus) (ii).
Beispielsweise kann nach Gleichung (ii) der Hochdruck über eine Mengenregelung eingestellt werden, dazu wird die Hydraulikpumpe 140, welche das Fördervolumen bereitstellt, von dem Antriebsmotor 510 angetrieben. Das Fördervolumen wird über den Steuerdruck in der Stellkammer für die Ausschwenkungen der Verstell-Hydraulikpumpe 506 eingestellt. Der einzustellende Wert (X, pX), d.h. der Steuerdruck, an dem zu verstellenden Aggregat, d.h. in der Hydraulikpumpe 140, ergibt sich in der Regel immer aus einem gesteuerten Anteil und einem Regelanteil. In den folgenden Gleichungen wird allgemein der Parameter X verwendet der stellvertretend für Druck (pX) oder auch für Volumenströme (Q) stehen kann. X = X_Vorsteuerung + X_Regler (iii).
Der Wert des Reglers 502 kann dabei variabel sein und ergibt sich durch die unterschiedlichen Fahrzustände, wie beispielsweise ob das Fahrzeug gerade bergauf, bergab, beladen, unbeladen, usw. fährt. Damit der Fahrregler 502 einen Wert ausgeben kann, wird zunächst eine Regeldifferenz eingestellt, die sich in dem vorliegenden Fall aus der beispielsweise vom Fahrer gewünschten Soll-Drehzahl n_AB,soll und der Ist-Drehzahl n_AB ergibt. Da aus physikalischen Gründen die Drehzahlsensoren, beispielsweise Hallsensoren oder Hallgeber, bei niederfrequent wechselnden Magnetfeldern keine zuverlässige Erkennung garantieren, werden in der Regel in niedrigen Drehzahlbereichen, also bei Drehzahlen kleiner als die zweite Schwelle, beispielsweise in Drehzahlbereichen von n < 50rpm, die Regler 502, 504 deaktiviert. Daraus ergibt sich dann der Verstellwert (pX) wie folgt: X = X_Vorsteuerung//mit X_Regler = 0 (iv).
Da sich der Hochdruck bei konstanter Leistung aus der Differenz zwischen Fördermenge (Q) und Aufnahmemenge, P = dp (Q_Aus – Q_Ein) vergleiche auch Gleichung (ii), ergibt und die Fördermenge (Q) eine Funktion aus Fördervolumen Vg PU und Antriebsdrehzahl n_Mot ist, kann eine intelligente Vorsteuerung für den Steuerdruck pX, welche den Regler 502 in einem Drehzahlbereich geringer Drehzahlen, also unterhalb der zweiten Schwelle, z.B. < 50rpm, ersetzt und in einem Drehzahlbereich höherer Drehzahlen entlastet, ein großer Vorteil sein. Dies kann zu einer Verbesserung der Fahreigenschaften und des Fahrkomforts im Constant Engine Speed-Fall führen, d.h. in dem Fall, bei dem der antreibende Antriebsmotor 510 eine konstante Drehzahl aufweisen soll. Die intelligente Vorsteuerung in dem Ausführungsbeispiel ergibt sich dann unterhalb der Regelschwelle, d.h. unterhalb der zweiten Schwelle, wie folgt: X = X_Vorsteuerung + X_Vorsteuerung_Last (v).
In der Gleichung (v) repräsentiert der erste Summand die Vorsteuerung, die vom Kennfeld der Vorrichtung 100 eingestellt wird, um auf einer Ebene im lastlosen Zustand fahren zu können. D.h. würde man auf der Ebene fahren, so würde sich der Regelanteil (bei eingeschaltetem Regler) nahe 0 bewegen und nur die Fahrbahneigenschaften ausregeln. Diese Vorsteuerung kann beispielsweise aus einem dreidimensionalen Kennfeld 100 kommen, welches die Abhängigkeit der Antriebsdrehzahl und des Fahrerwunsches berücksichtigt. In der 7 ist dies als Kennfeld 100 dargestellt. Der Vorsteuerungsanteil kann sofern er die zulässige Maximalgrenze für den Steuerdruck (pX_max) nicht überschreitet immer sprunghaft aufgeschaltet werden. Dies kann auch die Totzeit beim Anfahren aus 0 ersparen, vgl. oben beschriebene Boost-Funktion. Darüber hinaus können Ausführungsbeispiele den Vorteil liefern, dass abhängig von der Pedalposition nicht zu viel Vorsteuerdruck ausgegeben wird und es somit zu einem unerwünscht starken Anfahrruck oder einem Überschwingen der Abtriebsdrehzahl kommt.
Der zweite Summand ist der lastabhängige Vorsteueranteil pX_Vorsteuerung_Last, der von der Vorrichtung 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel geliefert wird. Dieser wird bei ausgeschaltetem Regler 502 aktiviert und über eine zusätzliche Größe ermittelt, welche Auskunft über die aktuelle Last im Antriebsstrang gibt. In dem Ausführungsbeispiel ist dies die Hydraulikpumpenfehlmenge, welche eine Funktion des Fahrhochdrucks ist. Steigt der Druck wird die Fehlmenge größer. In Ausführungsbeispielen kann ferner dafür gesorgt werden, dass der lastabhängige Vorsteueranteil nicht sprunghaft aufgeschaltet wird, da es hier sonst bei sprunghaften Änderungen des Lastsignals zu unerwünschten Fahrzeugreaktionen kommen kann. In anderen Worten kann daher eine Limitierung des Anstiegsgradienten für den lastabhängigen Vorsteueranteil erfolgen, bzw. einstellbar sein. Damit die Übergänge von der lastabhängigen Vorsteuerung, vergleiche Gleichung (v), auf die Fahrgeschwindigkeitsregelung, vergleiche Gleichung (iii), funktioniert, kann eine parametrierbare Grenzdrehzahl für die Lasterkennung implementiert werden. In Ausführungsbeispielen kann hier eine Überschneidung zwischen aktiviertem Regler 502, 504 und Lasterkennung eingestellt werden. In Ausführungsbeispielen kann zur Vermeidung von Instabilitäten oder Schwingungen nahe der Grenzdrehzahl, d.h. der zweiten Schwelle, eine Hysterese vorgesehen werden. In anderen Worten, damit der Regler 502 nahe einer unteren Grenzdrehzahl nicht zu schwingen beginnt, kann an der Reglerein- bzw. -ausschaltschwelle, also der zweiten Schwelle, eine Hysterese vorgesehen werden. Mit anderen Worten weist dann die zweite Schwelle zwei unterschiedliche Schwellenwerte auf: einen zum Aktivieren der Regler 502, 504 und einen zum Deaktivieren der Regler 502, 504.
Die 8 zeigt ein weiteres Schaubild eines Ausführungsbeispiels. Die 8 zeigt einen hydrostatischen Antrieb 300, der sich hier aus einer Hydraulikpumpe und einem entsprechenden Getriebe zusammensetzt, vorzugsweise mit den Komponenten aus 2, 4 oder 7 (Pumpe 140, Motor 150 etc.). Eingangsgröße für diesen hydrostatischen Antrieb 300 ist ein Steuerdruck, der durch das Begrenzungsglied 531 in den Grenzen p_X_unlim (untere Steuerdruckgrenze) bis p_X_max (obere Steuerdruckgrenze) gehalten wird. Eingangsgröße des Limitierungsglieds 531 ist ein Steuerdruck, der sich je nach Abtriebsdrehzahl aus unterschiedlichen Komponenten zusammensetzt. Wie die 8 zeigt wird diese Komponente in Anlehnung an die Gleichungen (iii) bis (v) immer durch die Ausgabe der Vorsteuerung 100, p_X_Vorsteuerung beeinflusst. Im Additionsglied 528 wird zu dieser Komponente in Abhängigkeit der Abtriebsdrehzahl eine weitere Komponente addiert. Diese weitere Komponente wird dabei durch einen Schalter 534 ausgewählt. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Softwareschalter (Datum, Flag etc.) oder sonstige Einrichtung zur Auswahl zumindest zweier Betriebsmodi handeln. Es muss demnach kein Schalter im mechanischen Sinne sein.
In einer ersten Schalterstellung des Schalters 534 (gezeigte obere Stellung) bildet der entsprechende Offset der Vorsteuerung (lastabhängige Vorsteueranteil pX_Vorsteuerung_Last) wie in Gleichung (v) beschrieben die weitere Komponente. In einer zweiten Schalterstellung des Schalters 534 (untere Stellung) bildet der entsprechende Regelanteil (pX_Regler) wie in Gleichung (iii) beschrieben die weitere Komponente.
Wie die 8 zeigt, nimmt der Schalter 534 die gezeigte erste Schalterstellung nur dann ein, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
Zum ersten muss eine Last an dem Antrieb 300 anliegen bzw. diese Last eine gewisse Grenze überschreiten (= Lasterkennung). Diese Erkennung erfolgt bevorzugt mittels des Algorithmus zur Lasterfassung gemäß 6.
Zum zweiten muss ein Sollwert für die Drehzahl n_Ab_Soll des Abtriebs, also Ausganges, des Antriebs 300 unter der obig genannten zweiten Schwelle, z.B. < 50rpm, liegen. Diese Erkennung erfolgt in Schritt 538.
Zum dritten muss die obere Drehzahlvorgabe (N_Ab_Soll_max) unter einer dritten Schwelle liegen. Diese Erkennung erfolgt in Schritt 536.
Die dritte Schwelle kann dabei mit der zweiten Schwelle identisch sein oder hierzu verschieden, Es können bei Bedarf auch weitere Bedingungen vorgesehen sein und/oder auf eine oder zwei der obig aufgeführten Bedingungen verzichtet werden.
Wenn die Bedingungen erfüllt sind (hier: Last erkannt/Lastschwelle überschritten, und Soll-Abtriebsdrehzahl n_Ab_Soll unter zweiter Schwelle, und obere Drehzahlvorgabe N_Ab_Soll_max unter dritter Schwelle), schaltet der Schalter 534 auf den oberen Zweig. Sonst schaltet der Schalter 534 auf den unteren Zweig.
In der 8 sind ferner verschiedene Signale durch die Ziffern 1 bis 5 in rechteckigen Boxen bezeichnet. Um das Verfahren unterhalb einer Erkennungsschwelle des Abtriebsdrehzahlsensors, also der zweiten Schwelle verwenden zu können, d.h. in jenem Bereich in dem die Regler 502, 504 abgeschaltet werden, wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Hydraulikpumpenfehlmenge als Indikator für eine anstehende Last verwendet. In weiteren Ausführungsbeispielen können selbstverständlich auch andere Informationsträger verwendet werden. Wie die Ziffer 1 bei der Lasterkennung in der 8 zeigt, kann hierdurch die Last erkannt und so der Steuerdruck und die Leistungsaufnahme eines Fahrantriebs 300 steuerungstechnisch gesteigert werden. Dies geschieht durch den zusätzlichen Offset für die Vorsteuerung, der bei der Ziffer 2 angegeben ist. Wie die 8 ferner zeigt, findet dies lastabhängig statt, wenn die Abtriebsdrehzahl n_ab unterhalb der zweiten und dritten Schwelle liegt, siehe Ziffer 1, 4 und 5. Fährt das Fahrzeug dann an oder überschreitet die Drehzahl, d.h. die zweite Schwelle, beispielsweise gebildet durch die Erkennungshürde des Abtriebsdrehzahlsensors, dann kann die Steuerung deaktiviert werden und der Regler (7: Regler 502, 504) übernimmt dieser Aufgabe, was in der 8 bei der Ziffer 3 angezeigt ist. Dieses Verfahren kann auch bei Bergfahrten verwendet werden. Ein weiterer Vorteil besteht im Arbeitsmodus. Durch das Verfahren kann eine sehr geringe Abtriebsdrehzahlanforderung über das Fahrpedal und das Fahrpotentiometer (Geschwindigkeitsbegrenzer, Speedlimiter) im Arbeitseinsatz zur vollen Leistungsfähigkeit des Antriebes 300 führen.
Ausführungsbeispiele können somit den Vorteil bieten, dass schon bei minimalen Drehzahlen, welche sich unterhalb der Erkennungsgrenze eines Sensors befinden, die maximal mögliche Zugkraft, beispielweise in Form eines Drehmomentes, zu Verfügung gestellt werden kann. Ausführungsbeispiele können ferner den Vorteil bieten, dass die oben beschriebenen Funktionen in viele oder sogar jedes hydrostatisch angetriebene Fahrzeug integriert werden können. Beispielsweise kann eine Abtriebsdrehzahlvorwahl (Soll-Drehzahl, n_Ab_Soll) über ein Fahrpedal in Verbindung mit einem Fahrpotentiometer realisiert werden unabhängig von der Drehzahl eines Antriebsmotors, wie beispielsweise eine Dieselmotordrehzahl. Insofern können Ausführungsbeispiele eine Vorsteuerung für Hydromotoren bieten, die einen Fahrpotentiometer komplettiert oder ergänzt. In Ausführungsbeispielen kann daher beispielsweise abhängig vom Zustand einer Hydraulikpumpe und der Drehzahl der gleichzeitig betriebenen Hydromotoren eine Vorsteuerung eingeführt werden, um die Regelanteile möglichst gering zu halten und um Überschneidungen der Hydraulikpumpen- und Motorregler zu vermeiden. Die Last kann in Ausführungsbeispielen von einem Regler kompensiert werden, da sich die Motorenaufnahmevolumen erst bei schneller fahrendem Fahrzeug, d.h. bei drehendem Abtrieb, ändern.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann alternativ eine Geschwindigkeitsbegrenzungsfunktionalität mittels des Fahrpotentiometers (Speedlimiterfunktionalität) auch durch adaptive Regler in einem Bereich in dem die Drehzahlerfassung zuverlässig möglich ist, gelöst werden. In solchen Ausführungsbeispielen kann dann die Zugkraftadaption und das Boosten unterdrückt bzw. abgeschaltet werden. Ausführungsbeispiele können daher Mechanismen vorsehen, die Wechselwirkungen von mehreren aktiven Reglern mildern oder ausschalten bzw. ungewünschte Fahrverhalten, die beispielsweise durch kontinuierliches manuelles Drehen bzw. Verstellen am Fahrpotentiometer entstehen können, unterdrücken oder abmildern. Ausführungsbeispiele können den Vorteil liefern, dass der adaptive Regler aufwandsgünstig implementierbar und realisierbar sein kann.
9 zeigt ein Blockschaltbild eines Flussdiagrammes eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Einstellung eines hydrostatischen Antriebs 300, der eine Hydraulikpumpe 140 und einen Hydromotor 150 aufweist. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Erfassens 210 einer oberen Drehzahlvorgabe für eine Abtriebsdrehzahl des Hydromotors 150 und einen Schritt des Einstellens 220 des hydrostatischen Antriebs 300 basierend auf der oberen Drehzahlvorgabe.
Ausführungsbeispiele umfassen ferner ein Computerprogramm zur Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren, wenn das Computerprogramm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmalen können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-Ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.
Eine programmierbare Hardwarekomponente kann durch einen Prozessor, einen Computerprozessor (CPU = Central Processing Unit), einen Grafikprozessor (GPU = Graphics Processing Unit), einen Computer, ein Computersystem, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-System (SOC = System on Chip), ein programmierbares Logikelement, ein Micro-Controller oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) gebildet sein.
Das digitale Speichermedium kann daher maschinen- oder computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem oder einer programmierbare Hardwarekomponente derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Ein Ausführungsbeispiel ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Programm, Firmware, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Der Programmcode oder die Daten kann bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ferner ein Datenstrom, eine Signalfolge oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom, die Signalfolge oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, um über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet oder ein anderes Netzwerk, transferiert zu werden. Ausführungsbeispiele sind so auch Daten repräsentierende Signalfolgen, die für eine Übersendung über ein Netzwerk oder eine Datenkommunikationsverbindung geeignet sind, wobei die Daten das Programm darstellen.
Ein Programm gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eines der Verfahren während seiner Durchführung beispielsweise dadurch umsetzen, dass dieses Speicherstellen ausliest oder in diese ein Datum oder mehrere Daten hineinschreibt, wodurch gegebenenfalls Schaltvorgänge oder andere Vorgänge in Transistorstrukturen, in Verstärkerstrukturen oder in anderen elektrischen, optischen, magnetischen oder nach einem anderen Funktionsprinzip arbeitenden Bauteile hervorgerufen werden. Entsprechend können durch ein Auslesen einer Speicherstelle Daten, Werte, Sensorwerte oder andere Informationen von einem Programm erfasst, bestimmt oder gemessen werden. Ein Programm kann daher durch ein Auslesen von einer oder mehreren Speicherstellen Größen, Werte, Messgrößen und andere Informationen erfassen, bestimmen oder messen, sowie durch ein Schreiben in eine oder mehrere Speicherstellen eine Aktion bewirken, veranlassen oder durchführen sowie andere Geräte, Maschinen und Komponenten ansteuern.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung
110: Einrichtung zur Erfassung einer Drehzahlgrenze
120: Einrichtung zur Einstellung
130: Einrichtung zur Erfassung einer Drehzahl
135: Einrichtung zur Lasterfassung
137: Einrichtung zur Anpassung
140: Hydraulikpumpe
140a: Ablauf
140b: Zulauf
140c: Zylinder
140d: Zylinder
140e: Kolben
140f: Kolben
140g: Schrägscheibe
140h: Gleitschuh
140i: Gleitschuh
150: Hydromotor
210: Erfassen
220: Anpassen
300: Antrieb
302: Einrichtung zur Erfassung des Schluckvolumens
304: Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl
400: Abfrage n_AB < x und dQ > dQ_Last
402: pX = pX_Vorsteuerung + pX_Last,n
404: pX_Last,n = pX_Last,n-1 + i_dP
406: pX = pX_Vorsteuerung + pX_Regler
408: Begrenzung auf pX_Max
410: Begrenzung auf pX_Max
500: Additionsglied
502: Fahrregler PID
504: Hydraulikpumpenregler PID
506: Hydraulikpumpe
508: Differenzbilder
510: Antriebsmotor
514: Additionsglied
516: Multiplikationsglied
518: Hydraulikteil Motor
520: Mechanischer Teil Motor
522: Motorregler / Schluckvolumenregler PID
524: Differenzbilder
526: Kennfeld
528: Schalter
530: Additionsglied
531: Begrenzer
532: Additionsglied
534: Schalter
536: Schritt
538: Schritt
600: Komponente eines Fahrzeugherstellers
602: Einrichtung zur Erfassung der Motordrehzahl
604: Einrichtung zur Erfassung einer maximalen Abtriebsdrehzahl
606: Einrichtung zur Verarbeitung der Schnittstellen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm SAE J1939 [0004]

Claims

Vorrichtung (100) zur Einstellung eines hydrostatischen Antriebs (300), der eine Hydraulikpumpe (140) und einen Hydromotor (150) aufweist, die Vorrichtung (100) umfasst eine Einrichtung zur Erfassung (110) einer oberen Drehzahlvorgabe für eine Abtriebsdrehzahl des Hydromotors (150) und eine Einrichtung zur Einstellung (120) des hydrostatischen Antriebs (300) basierend auf der oberen Drehzahlvorgabe.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, bei der die Einrichtung zur Einstellung (120) ausgebildet ist, um den hydrostatischen Antrieb (300) durch Anpassung eines Steuerdrucks der Hydraulikpumpe (140) und/oder durch Anpassung eines Schluckvolumens des Hydromotors (150) einzustellen.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Einrichtung zur Einstellung (120) ausgebildet ist, um den hydrostatischen Antrieb (300) ferner basierend auf einer Drehzahlvorgabe für eine Antriebsdrehzahl der Hydraulikpumpe (140) einzustellen.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Einrichtung zur Einstellung (120) ausgebildet ist, um den hydrostatischen Antrieb (300) basierend auf einem Kennfeld einzustellen, wobei das Kennfeld die obere Drehzahlvorgabe als Eingangsparameter aufweist und eine einen Steuerdruck der Hydraulikpumpe (140) und/oder eine ein Schluckvolumen des Hydromotors (150) beeinflussende Größe als Ausgangswert aufweist.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 4, wobei das Kennfeld ferner eine Antriebsdrehzahl der Hydraulikpumpe (140) als Eingangsparameter aufweist und/oder wobei der Steuerdruck ein Fördervolumen der Hydraulikpumpe (140) beeinflusst.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Einrichtung zur Erfassung (110) ausgebildet ist, um die obere Drehzahlvorgabe anhand eines Fahrpotentiometers zu erfassen.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung zur Einstellung (120) als Steuerung ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Einrichtung zur Einstellung (120) ausgebildet ist, um die Anpassung des Steuerdrucks in einem Abtriebsdrehzahlbereich des hydrostatischen Antriebs (300) zwischen 0 und der oberen Drehzahlvorgabe vorzunehmen.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Einrichtung zur Einstellung (120) ausgebildet ist, um den hydrostatischen Antrieb (300) ferner basierend auf einer Last des hydrostatischen Antriebs (300) einzustellen.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 9, die ferner eine Einrichtung zur Lasterfassung (135) aufweist, und wobei die Einrichtung zur Lasterfassung (135) ausgebildet ist, um eine Information über die Last des hydrostatischen Antriebs (300) aus einer Hydraulikpumpenfehlmenge der Hydraulikpumpe (140) oder des hydrostatischen Antriebs (300) abzuleiten, wobei die Hydraulikpumpe (140) oder der Hydraulikmotor (150) als Axial- oder Radialkolbenmaschine ausgebildet ist und die Einrichtung zur Lasterfassung ausgebildet ist, um eine Information über die Last aus einem Schwenkwinkel der Axial- oder Radialkolbenmaschine abzuleiten, oder wobei die Einrichtung zur Lasterfassung (135) ausgebildet ist, um eine Information über die Last aus einer Druckdifferenz abzuleiten.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung zur Einstellung (120) als Regler ausgebildet ist.
Hydrostatischer Antrieb (300) mit einer Hydraulikpumpe (140), einem Hydraulikmotor (150) und einer Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
Bau- oder Landmaschine mit einem hydrostatischen Antrieb (300) gemäß Anspruch 12.
Verfahren zur Einstellung eines hydrostatischen Antriebs (300), der eine Hydraulikpumpe (140) und einen Hydromotor (150) aufweist, das Verfahren umfasst Erfassen (210) einer oberen Drehzahlvorgabe für eine Abtriebsdrehzahl des Hydromotors (150); Einstellen (220) des hydrostatischen Antriebs (300) basierend auf der oberen Drehzahlvorgabe.
Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 14, wenn das Computerprogramm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.