DE102015216944A1

DE102015216944A1 - Verfahren zum Betreiben eines hydrostatischen Fahrantriebs und Steuereinrichtung

Info

Publication number: DE102015216944A1
Application number: DE102015216944.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Traub; Andreas Litz; Klaus BAUMANN; Maik Dreher; Markus Eymüller
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2017-03-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines hydrostatischen Fahrantriebs (1) mit einer durch einen Antriebsmotor (2) antreibbaren Hydraulikpumpe (3), deren Fördervolumen verstellbar ist, mit zumindest einem ersten Hydromotor (4), dessen Schluckvolumen verstellbar ist, sowie mit einer Inch-Einrichtung zum Betreiben des Fahrzeugs in einem Inchmodus, in dem eine Abtriebsdrehzahl des Fahrantriebs (1) unabhängig von einer Antriebsdrehzahl des Antriebsmotors (2) steuerbar ist. Zum Verändern der Abtriebsdrehzahl im Inchmodus wird zunächst das Schluckvolumen des zumindest einen ersten Hydromotors (4) verstellt, während das Fördervolumen der Hydraulikpumpe (3) nicht verändert wird.
Ferner wird eine Steuereinrichtung angegeben, die zur Durchführung des genannten Verfahrens geeignet ist, sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines hydrostatischen Fahrantriebs, insbesondere für Baumaschinen, sowie eine Steuereinrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist und ein Computerprogrammprodukt zum Steuern des vorgeschlagenen Verfahrens.
Ein hydrostatischer Fahrantrieb bezieht sich allgemein auf einen Antriebsstrang oder auf einen Teil eines Antriebsstrangs beispielsweise in einer Arbeits- oder Baumaschine, der hydraulisches Strömungsmittel, welches durch die Drehung eines Antriebsmotors von einer Hydraulikpumpe unter Druck gesetzt wird, als Bewegungskraft zum Antrieb der Arbeitsmaschine verwendet. In einer typischen Konstruktion wird eine Hydraulikpumpe von einer Ausgangswelle des Antriebsmotors angetrieben und liefert unter Druck gesetztes hydraulisches Strömungsmittel zu einem hydrostatischen Motor, der wiederum mit einer oder mit mehreren Achsen der Arbeitsmaschine gekoppelt ist. Ein hydrostatischer Motor wird im Folgenden auch Hydromotor genannt. Bei vielen Baumaschinen mit hydrostatischem Fahrantrieb haben sowohl die Hydraulikpumpe als auch der Hydromotor jeweils eine variable Verdrängung bzw. ein variables Förder- oder Schluckvolumen, wodurch das relative Drehmoment und die Drehzahl einer Abtriebswelle kontinuierlich variiert werden können.
In Baumaschinen, wie beispielsweise Baggern oder Radladern, werden häufig derartige hydrostatische Fahrantriebe mit einem hydraulischen Förderkreis eingesetzt, in dem eine Hydraulikpumpe und ein oder zwei Hydromotoren angeordnet sind. Dabei wird im Fahrbetrieb ein Strömungsmittel, wie beispielsweise Hydrauliköl oder Hydraulikflüssigkeit, von der Hydraulikpumpe gefördert, wodurch der bzw. die Hydromotoren angetrieben werden. Ein derart hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug kann beispielsweise eine Hydraulikpumpe umfassen, welche direkt an einem Antriebsmotor, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor, wie Dieselmotor etc., angeflanscht ist. Darüber hinaus weist das Fahrzeug bzw. der Fahrantrieb zumindest einen Hydromotor auf, welcher mit zwei Hochdruckschläuchen mit der Hydraulikpumpe verbunden ist. Wird dann bei drehendem Antriebsmotor ein 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. Bei bekannten Ausführungen solcher hydrostatischer Fahrantriebe ist das Fördervolumen der Hydraulikpumpe durch Anpassung des Steuerdrucks einstellbar. Auf diese Weise ist 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 der Hydromotoren beeinflussbar. Somit kann die Fahrzeuggeschwindigkeit bei physikalisch bedingten Grenzen der Aufnahme- bzw. der Fördermenge der Hydraulikpumpe und des Schluckvolumens des Hydromotors durch Veränderung der Fördermenge und der Schluckvolumen reguliert werden. Grundsätzlich sind beispielsweise Radialkolbenmaschinen oder Axialkolbenmaschinen als Hydraulikpumpe und als Hydromotor verwendbar.
Insbesondere in Baumaschinen, die über einen Nebenabtrieb antreibbare Arbeitsgeräte aufweisen, werden ferner sogenannte Inch-Einrichtungen verwendet. Eine solche Inch-Einrichtung erlaubt dem Fahrzeugführer ein über einen Nebenabtrieb angetriebenes Arbeitsgerät mit einer gleichbleibend hohen Motordrehzahl zu betreiben und gleichzeitig die Fahrgeschwindigkeit seiner Baumaschine zumindest teilweise unabhängig von der Motordrehzahl zu regulieren. Dies ist insbesondere bei Arbeitsvorgängen wichtig, bei denen hohe Drehzahlen und/oder Leistungen an dem angetriebenen Arbeitsgerät erforderlich sind. Beispielsweise wird die Inch-Funktion bei Baumaschinen dazu genutzt, um bei Arbeitsvorgängen, bei denen eine hohe Motordrehzahl für eine an dem Nebenantrieb angeschlossene Hydraulikpumpe benötigt wird, die Fahrgeschwindigkeit bei gleichbleibender hoher Motordrehzahl zu regeln. Bei einem Radlader kann dies beispielsweise das lnchen auf der Ebene beim Heranfahren an einen LKW bei gleichzeitigem Anheben der Schaufel sein.
Bei herkömmlichen Verfahren zum Betreiben solcher hydrostatischer Fahrantriebe wird das Inchen beispielsweise so realisiert, dass der Steuerdruck auf der Primärseite und damit das Fördervolumen der Hydraulikpumpe des Fahrantriebs reduziert wird, um so die Abtriebsdrehzahl und die Fahrgeschwindigkeit bei gleichbleibend hoher Drehzahl des Antriebsmotors zu reduzieren.
Aus der DE 102014101781 A1 ist ein hydrostatischer Fahrantrieb für eine Arbeitsmaschine bekannt, der in einem normalen Modus und in einem Gerätemodus betrieben werden kann. In dem Gerätemodus ist eine Inch-Funktion möglich, d.h. die Fahrzeuggeschwindigkeit kann durch die Betätigung eines Kriechpedals verringert werden, unabhängig von der Motordrehzahl des Antriebsmotors. Die Betätigung des Kriechpedals, das auch Inchpedal genannt werden kann, führt dabei dazu, dass der Steuerdruck für eine Taumelscheibe der Hydrostatpumpe und damit das Fördervolumen der Hydrostatpumpe verringert wird. Folglich verringert sich die Fahrzeuggeschwindigkeit.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines hydrostatischen Fahrantriebs mit einer Inch-Einrichtung zu schaffen, das einen verbesserten Betrieb im Hinblick auf eine schnelle Reaktion auf veränderte Fahranforderungen bei optimalem Wirkungsgrad ermöglicht. Zudem sollen eine entsprechende Steuereinrichtung und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.
Die Lösung dieser Aufgaben wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, eine Steuereinrichtung gemäß Anspruch 10 und ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 11 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen hervor.
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines hydrostatischen Fahrantriebs vorgeschlagen, wobei der Fahrantrieb eine durch einen Antriebsmotor antreibbare Hydraulikpumpe aufweist, deren Fördervolumen verstellbar ist. Ferner weist der Fahrantrieb zumindest einen ersten Hydromotor auf, dessen Schluckvolumen verstellbar ist, sowie eine Inch-Einrichtung zum Betreiben des Fahrantriebs in einem Inchmodus, in dem eine Abtriebsdrehzahl n_AB des Fahrantriebs unabhängig von einer Antriebsdrehzahl n_AN des Antriebsmotors steuerbar ist.
Zum Verändern der Abtriebsdrehzahl n_AB im Inchmodus wird zunächst das Schluckvolumen des zumindest einen ersten Hydromotors verstellt, während das Fördervolumen der Hydraulikpumpe nicht verändert wird.
Vorzugsweise umfasst der Fahrantrieb einen zweiten Hydromotor, dessen Schluckvolumen ebenfalls verstellbar ist. In diesem Fall soll zum Verändern der Abtriebsdrehzahl n_AB im Inchmodus das Schluckvolumen des ersten und des zweiten Hydromotors verändert werden, bevor das Fördervolumen der Hydraulikpumpe verändert wird.
Das vorgeschlagene Verfahren basiert auf der Erkenntnis, dass für Inchanforderungen bei höheren Fahrgeschwindigkeiten nicht die Notwendigkeit besteht, den Steuerdruck und damit das Fördervolumen der Hydraulikpumpe abzusenken, um die Abtriebsdrehzahl abzusenken. Erst bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten muss und soll die Hydraulikpumpe zur Begrenzung der Leistungsaufnahme für den Fahrantrieb verstellt werden.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Fördervolumen der Hydraulikpumpe auch während des Inchmodus so lange wie möglich auf seinen Maximalwert eingestellt ist, bei dem grundsätzlich der höchste volumetrische Wirkungsgrad erreichbar ist. Mit anderen Worten wird beim Inchen zunächst und solange nur die Sekundärseite, d.h. der bzw. die Hydromotoren verstellt, solange es deren physikalische Grenzen zulassen, um möglichst lange im optimalen Betriebspunkt zu bleiben. Die physikalischen Grenzen ergeben sich im Wesentlichen aus den geometrischen Abmessungen der Komponenten des hydrostatischen Fahrantriebs, insbesondere aus dem maximalen Schluckvolumen des bzw. der Hydromotoren. Die physikalischen Grenzen geben eine Drehzahlschwelle bezogen auf die Abtriebsdrehzahl n_AB vor.
Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass zum Verändern der Abtriebsdrehzahl n_AB im Inchmodus nur das Schluckvolumen des ersten und des zweiten Hydromotors verändert werden und das Fördervolumen der Hydraulikpumpe nicht verändert wird, solange die Abtriebsdrehzahl n_AB eine Abtriebsdrehzahlschwelle nicht unterschreitet. Demnach ist oberhalb dieser Abtriebsdrehzahlschwelle eine Verstellung der Abtriebsdrehzahl n_AB allein durch die Verstellung der Schluckvolumen auf der Sekundärseite vorgesehen.
Erst wenn durch die angeforderte Abtriebsdrehzahl die genannte Abtriebsdrehzahlschwelle erreicht oder unterschreitet, wird auch die Primärseite des hydrostatischen Fahrantriebs verstellt, d.h. es wird der Steuerdruck der Hydraulikpumpe und damit deren Fördervolumen verstellt. Oberhalb der Abtriebsdrehzahlschwelle kann die Fahrgeschwindigkeit im Inchmodus also durch das Verstellen lediglich des bzw. der Hydromotoren geregelt werden, während unterhalb der Abtriebsdrehzahlschwelle die Hydraulikpumpe verstellt wird. Dadurch wird bei niedrigeren Fahrgeschwindigkeiten ein langsames und feinfühliges Modulieren der Abtriebsdrehzahl n_AB ermöglicht und die aufnehmbare Leistung für den Fahrantrieb wird begrenzt. Die Abtriebsdrehzahlschwelle ist ein vorgegebener Wert und sie ist innerhalb gewisser Grenzen einstellbar. Sie kann beispielsweise so eingestellt werden, dass sich eine kurze Überschneidungszeit zwischen dem Erreichen des maximalen Schluckvolumens des bzw. der Hydromotoren und dem Beginn der Reduzierung des Fördervolumens der Hydraulikpumpe ergibt, um so einen sanften Übergang und einen ruckfreien Fahrbetrieb zu gewährleisten.
Um den maximalen Effekt im Hinblick auf einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erreichen, werden die Schluckvolumen des ersten und zweiten Hydromotors vorzugsweise bis zu ihrem jeweiligen maximalen Schluckvolumen verändert, bevor das Fördervolumen der Hydraulikpumpe verändert wird. Dementsprechend ist die Abtriebsdrehzahlschwelle beim vorgeschlagenen Fahrantrieb so definiert, dass die Schluckvolumen des ersten und zweiten Hydromotors beim Erreichen der Abtriebsdrehzahlschwelle ihr jeweiliges maximales Schluckvolumen einnehmen.
Der Inchmodus ist dabei aktiv bzw. eingeschaltet, solange ein Inchpedal zumindest teilweise betätigt ist. Die Antriebsdrehzahl n_AN ist im Inchmodus durch Betätigen eines Fahrpedals unabhängig von der Abtriebsdrehzahl n_AB veränderbar. Die gewünschte Fahrgeschwindigkeitsreduzierung und gleichzeitige Entkoppelung von der Antriebsdrehzahl n_AN erfolgt demnach über das Inchpedal. Durch das Betätigen des Inchpedals wird also der Inchmodus aktiviert, in dem mittels des Fahrpedals die Antriebsdrehzahl n_AN veränderbar ist. Die Abtriebsdrehzahl n_AB, d.h. die Fahrgeschwindigkeit, kann während des Inchmodus durch das Betätigen des Inchpedals variiert werden. Die Antriebsdrehzahl n_AN kann dabei im Inchmodus durch stärkeres Betätigen des Fahrpedals erhöht werden, während die Abtriebsdrehzahl n_AB durch stärkeres Betätigen des Inchpedals reduziert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens wird der aktuelle Wert der Abtriebsdrehzahl n_AB zu Beginn jeder neuen Betätigung des Inchpedals in einer Steuereinrichtung als 100%-Wert gespeichert. Die Abtriebsdrehzahl n_AB kann von diesem Zeitpunkt an mit dem Inchpedal zwischen diesem 100%-Wert und dem Wert Null moduliert werden. Die Antriebsdrehzahl n_AN wird weiterhin über das Fahrpedal vorgegeben. Eine Erhöhung der Abtriebsdrehzahl n_AB über das Fahrpedal ist nicht möglich, solange das Inchpedal gedrückt wird. Wenn über das Fahrpedal eine niedrigere Abtriebsdrehzahl n_AB als der gespeicherte 100%-Wert angefordert wird, so wird der niedrigere Wert so lange verwendet, bis das Fahrpedal wieder einen größeren Wert als den abgespeicherten Wert anfordert oder der Inchmodus beendet wird.
Wenn eine Inchanforderung bereits aus dem Stillstand anliegt, dann wird als Abtriebdrehzahlobergrenze, d.h. als 100%-Wert, der über das Fahrpedal vorgegebene Wert verwendet.
Die Erfindung umfasst ferner eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist den hydrostatischen Fahrantrieb zu steuern bzw. zu regeln.
Die Steuereinrichtung kann als elektronische Steuerung ausgebildet sein und aus mehreren Komponenten bestehen, die an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs angeordnet sein können. Die verschiedenen Komponenten der Steuerung sind beispielsweise über zumindest ein datenübertragendes Bussystem miteinander verbunden.
Zur Berechnung der genannten Größen umfasst die Steuereinrichtung zumindest ein datenverarbeitendes Element, beispielsweise ein Prozessor als zentrale Recheneinheit in einem Steuergerät. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise auch ein Motorsteuergerät, ein Fahrzeugsteuergerät und/oder ein Getriebesteuergerät umfassen. Ferner kann die Steuereinrichtung Sensoren, insbesondere Drehzahlsensoren, umfassen.
Des Weiteren weist die Steuereinrichtung Mittel zum Speichern und Abrufen von Parametern auf. Diese sind beispielsweise Teil eines der genannten Steuergeräte. Dabei können elektronische Datenspeicher verwendet werden, insbesondere permanente oder semi-permanente Speichermedien, die mit dem Prozessor der Steuerung verbunden sind.
Schließlich umfasst die Steuerung Mittel zum Vergleichen mehrerer Parameter bzw. Größen miteinander sowie Mittel zum Ansteuern einer Antriebsdrehzahl n_AN des Antriebsmotors und Mittel zum Ansteuern einer Fördervolumenverstelleinrichtung an der Hydraulikpumpe und einer Schluckvolumenverstelleinrichtung des zumindest einen Hydromotors umfasst, um damit das oben beschriebene Verfahren zu steuern und zu regeln.
Eine solche Steuereinrichtung kann ein elektrisches Steuergerät umfassen, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- oder Datensignale ausgibt. Die Steuereinrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen des Verfahrens oder des Fahrantriebs umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt, das derart ausgestaltet ist, dass es den hydrostatischen Fahrantrieb im Sinne des beschriebenen Verfahrens steuern kann.
Die Erfindung kann bei allen Fahrzeugen mit einem hydrostatischen Getriebe im Antriebsstrang genutzt werden, die auch über eine Incheinrichtung verfügen, beispielsweise in einem Radlader und einem Gabelstapler. Bei dem Getriebe kann es sich beispielsweise um ein hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe oder um ein rein hydrostatisches Getriebe handeln.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine schematische Darstellung eines hydrostatischen Fahrantriebs, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar ist;
2 ein Diagramm mit dem Verlauf der Antriebsdrehzahl n_AN in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals über einen bestimmten Zeitraum;
3 ein Diagramm mit dem Zusammenhang zwischen einer Abtriebsdrehzahlanforderung und der tatsächlichen Abtriebsdrehzahl n_AB über den- selben Zeitraum der 2;
4 ein Diagramm mit dem Verlauf der Inchanforderung über denselben Zeitraum der 2;
5 ein Diagramm mit den eingestellten Schluckvolumina der beiden Hydromotoren des hydrostatischen Fahrantriebs über denselben Zeitraum der 2 und
6 ein Diagramm mit dem Verlauf des Pumpensteuerdrucks der Hydraulikpumpe des hydrostatischen Fahrantriebs über denselben Zeitraum der 2.
Die 1 zeigt die wesentlichen Komponenten eines hydrostatischen Fahrantriebs 1 in einer vereinfachten Darstellung. Der als Dieselmotor ausgebildete Antriebsmotor 2 treibt dabei über seine Motorabtriebswelle 10 eine verstellbare Hydraulikpumpe 3 an.
Das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 3 ist mittels einer Fördervolumenverstelleinrichtung veränderbar, indem ein Steuerdruck als Stellgröße für das Fördervolumen verändert wird.
Die Hydraulikpumpe 3 treibt über einen hydraulischen Förderkreis 11 einen ersten Hydromotor 4 und einen zweiten Hydromotor 5 an. Die Abtriebsleistung der beiden Hydromotoren 4 und 5 werden durch ein nicht näher dargestelltes mechanisches Summierungsgetriebe 12 aufsummiert auf eine gemeinsame Abtriebswelle 13, die sich im Betrieb mit einer Abtriebsdrehzahl n_AB dreht.
Ferner ist ein Fahrpedal 7 dargestellt, über das der Fahrer des Fahrzeuges seinen Fahrerwunsch eingeben und über eine datenübertragende Verbindung 9 an ein Steuergerät 6 weitergeben kann, sodass der Fahrerwunsch von einer Steuereinrichtung 14 berücksichtigt werden kann.
Der hydrostatische Fahrantrieb umfasst des Weiteren ein Inchpedal 8 zum Betreiben des Fahrantriebs in einem Inchmodus, in dem die Antriebsdrehzahl n_AN durch Betätigen des Fahrpedals 7 unabhängig von der Abtriebsdrehzahl n_AB veränderbar, insbesondere verringerbar, ist. Der Inchmodus wird aktiv, sobald das Inchpedal 8 zumindest teilweise betätigt wird. Im Inchmodus ist es beispielsweise möglich ein über einen Nebenabtrieb angetriebenes Arbeitsgerät mit einer gleichbleibend hohen Motordrehzahl zu betreiben und gleichzeitig die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs bzw. der Baumaschine zumindest teilweise losgelöst von der Antriebsdrehzahl n_AN zu regulieren. Dies gilt zumindest solange die Antriebsdrehzahl n_AN und die damit verbundene Antriebsleistung hoch genug ist, um die über das Inchpedal 8 angeforderte Abtriebsdrehzahl n_AB einzustellen.
Das Fahrpedal 7 und das Inchpedal 8 sind, wie alle anderen wesentlichen Komponenten des Fahrzeuges, die zur Steuerung des Fahrantriebs erforderlich sind, über datenübertragende Verbindungen 9 mit einem Steuergerät 6 verbunden. Die datenübertragenden Verbindungen 9 sind symbolisch als Strichlinien dargestellt. Sie können beispielsweise als Kabelverbindungen oder als drahtlose Verbindungen realisiert werden.
Die Steuereinrichtung 14 des hydrostatischen Fahrantriebs 1 umfasst auch das Steuergerät (ECU) 6. Das Steuergerät 6 ist in der Lage Sensorsignale aufzunehmen, zu verarbeiten und in Abhängigkeit davon Steuer- oder Datensignale auszugeben, um so das vorgeschlagene Verfahren zum Betreiben des hydrostatischen Fahrantriebs zu steuern und zu regeln. Dazu beinhaltet das Steuergerät 6 zumindest einen Prozessor 15 als datenverarbeitendes Element zur Verarbeitung gespeicherter und erfasster Parameter und Speichermittel 16 zum Speichern und Abrufen von Parametern. Zu diesen Parametern zählt beispielsweise eine Drehzahlschwelle bezogen auf die Abtriebsdrehzahl n_AB. Oberhalb dieser Abtriebsdrehzahlschwelle kann die Fahrgeschwindigkeit im Inchmodus durch das Verstellen des Schluckvolumens der Hydromotoren allein geregelt werden, während unterhalb der Abtriebsdrehzahlschwelle zusätzlich die Hydraulikpumpe verstellt wird. Ein weiterer Parameter ist der oben beschriebene 100%-Wert bezogen auf die Abtriebsdrehzahl, der zu Beginn jeder neuen Betätigung des Inchpedals 8 neu abgespeichert wird.
Die Steuereinrichtung 14 umfasst des Weiteren Mittel zur Erfassung einer Antriebsdrehzahl n_AN eines Antriebsmotors und einer Abtriebsdrehzahl n_AB, Mittel zur Erfassung der jeweiligen Stellung eines Fahrpedals 7 und eines Inchpedals 8, Mittel zur Erfassung des eingestellten Fördervolumens einer Hydraulikpumpe 3 und der eingestellten Schluckvolumen eines ersten und eines zweiten Hydromotors 4 und 5. Diese Mittel zum Erfassen der genannten Parameter umfassen geeignete Sensoren für den jeweiligen Parameter, die außerhalb des Steuergeräts 6 an den jeweiligen Komponenten des hydrostatischen Fahrantriebs angeordnet und mittels der Verbindungen 9 mit dem Steuergerät 6 verbunden sind. Entsprechend dem jeweiligen zu erfassenden Parameter kann es sich dabei insbesondere um Drehzahlsensoren und um Positions- bzw. Lagesensoren handeln.
Schließlich umfasst die Steuereinrichtung 14 auch Mittel zum Verstellen des Fördervolumens der Hydraulikpumpe und zum Verstellen des Schluckvolumens des ersten und des zweiten Hydromotors 4 und 5. Diese Mittel umfassen beispielsweise geeignete Hydraulikventile und Hydraulikkomponenten, um den Steuerdruck einzustellen, über den das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 3 einstellbar ist, sowie Mittel zum Verstellen der Exzentrizität an den Hydromotoren 4 und 5, womit das Schluckvolumen der Hydromotoren 4 und 5 einstellbar ist.
Die genannten Mittel umfassen jeweils eine datenübertragende Verbindung 9 zu dem Steuergerät 6. Die datenübertragenden Verbindungen 9 zwischen dem Steuergerät 6 und den wesentlichen Komponenten des Fahrantriebs 1 können beispielsweise auch durch ein oder mehrere elektronische Bussysteme realisiert werden.
Das Steuergerät 6 umfasst ferner ein Computerprogrammprodukt 17, welches derart ausgestaltet ist, dass es den hydrostatischen Fahrantrieb 1 im Sinne des oben beschriebenen Verfahrens ansteuern kann.
In den 2 bis 6 ist jeweils der Verlauf verschiedener Größen über denselben Zeitraum dargestellt, d.h. die jeweiligen Zeitpunkte t₀ bis t₁₁ in den genannten Figuren entsprechen einander.
Die 2 zeigt den Verlauf der Antriebsdrehzahl n_AN in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals. Die Fahrpedalstellung FP entspricht dabei einer Antriebsdrehzahlanforderung. Der Verlauf der Antriebsdrehzahl n_AN ist dabei als Strichlinie und der Verlauf der Fahrpedalstellung FP als Volllinie dargestellt. Aus der 2 ist erkennbar, dass die Antriebsdrehzahl n_AN abhängig und proportional zu der Fahrpedalstellung FP ist.
Die 3 zeigt den Zusammenhang zwischen einer Abtriebsdrehzahlanforderung und der tatsächlichen Abtriebsdrehzahl n_AB Die Abtriebsdrehzahlanforderung Anf_AB ist dabei als Volllinie und die tatsächliche Abtriebsdrehzahl n_AB als Strichlinie dargestellt. Hier ist erkennbar, dass die tatsächliche Abtriebsdrehzahl n_AB der Abtriebsdrehzahlanforderung Anf_AB mit einer gewissen Abweichung folgt.
In der 4 ist der zeitliche Verlauf der Inchanforderung dargestellt, wobei die Inchanforderung der Inchpedalstellung entspricht.
Der Verlauf der Schluckvolumina q_A und q_B der beiden Hydromotoren 4 und 5 ist in 5 dargestellt. Der Verlauf des Schluckvolumens q_A des ersten Hydromotors 4 ist dabei als Strichlinie und der Verlauf des Schluckvolumens q_B des zweiten Hydromotors 5 als Volllinie dargestellt.
Die 6 zeigt schließlich den Verlauf des Pumpensteuerdrucks p_S der Hydraulikpumpe 3 des hydrostatischen Fahrantriebs 1 über denselben Zeitraum. Mittels des Pumpensteuerdrucks p_S wird das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 3 eingestellt. Der Pumpensteuerdruck p_S verläuft dabei zumindest annähernd proportional zum Fördervolumen der Hydraulikpumpe, sodass annäherungsweise davon ausgegangen werden kann, dass die in 6 gezeigte Kurve auch den Verlauf des Fördervolumens der Hydraulikpumpe 3 wiedergibt.
Vom Beginn des betrachteten Zeitraumes am Zeitpunkt t₀ bis zum Zeitpunkt t₄ wird die Antriebsdrehzahlanforderung kontinuierlich erhöht und bleibt danach bis zum Zeitpunkt t₅ gleich hoch, siehe 2. Analog dazu verläuft auch die tatsächliche Antriebsdrehzahl n_AN.
Dementsprechend wird vom Zeitpunkt t₀ bis zum Zeitpunkt t₄ auch die Abtriebsdrehzahlanforderung kontinuierlich erhöht und bleibt danach bis zum Zeitpunkt t₅ gleich hoch, siehe 3. Entsprechend verläuft auch die tatsächliche Abtriebsdrehzahl n_AB.
Zur Erhöhung der Abtriebsdrehzahl n_AB zwischen t₀ und t₄ wird zunächst der Pumpensteuerdruck p_S und damit das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 3 zwischen t₀ und t₁ kontinuierlich erhöht bis das maximale Fördervolumen der Hydraulikpumpe 3 erreicht ist, siehe 6. Ab diesem Zeitpunkt t₁ bleibt der Pumpensteuerdruck p_S und damit das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 3 auf dem maximalen Wert und die Schluckvolumina q_A und q_B der beiden Hydromotoren 4 und 5 werden verringert, sodass die Abtriebsdrehzahl n_AB weiter ansteigt bis zum Zeitpunkt t₄. Vor dem Erreichen von t₄ wird zwischen t₂ und t₃ das Schluckvolumen q_B des zweiten Hydromotors 5 kurzzeitig nochmals erhöht, während das Schluckvolumen q_A des ersten Hydromotors 4 auf den Wert Null reduziert wird. Von t₃ bis t₄ wird das Schluckvolumen q_A des zweiten Hydromotors 5 auf dessen Minimalwert reduziert. Auf diese Weise ist ein sanfter Übergang in den Fahrbetrieb mit gleichbleibender Fahrgeschwindigkeit von t₄ bis t₅ gewährleistet, sodass ruckartige Fahrbewegungen vermieden werden.
Von t₄ bis t₅ wird weder die Fahrpedalstellung verändert, noch das Inchpedal betätigt. Deshalb bleiben sowohl die Antriebsdrehzahl n_AN als auch die Abtriebsdrehzahl n_AB in diesem Zeitraum konstant und weder das Fördervolumen der Hydraulikpumpe noch die Schluckvolumina der Hydromotoren werden verändert.
Durch das Betätigen des Inchpedals 8 durch den Fahrer zum Zeitpunkt t₅ wird der Inchmodus aktiviert. Ab diesem Zeitpunkt kann die Antriebsdrehzahl n_AN durch Betätigen eines Fahrpedals 7 unabhängig von der Abtriebsdrehzahl n_AB verändert werden. Dabei kann die Antriebsdrehzahl n_AN im Inchmodus durch stärkeres Betätigen des Fahrpedals 7 erhöht werden, während die Abtriebsdrehzahl n_AB durch stärkeres Betätigen des Inchpedals 8 reduziert und durch eine geringere Betätigung des Inchpedals 8 wieder erhöht werden kann, sofern bei der vorliegenden Antriebsdrehzahl n_AN von dem Antriebsmotor 2 genügend Antriebsleistung zur Verfügung gestellt werden kann.
Mit dem Betätigen des Inchpedals 8 zum Zeitpunkt t₅ wird die aktuell angeforderte Abtriebsdrehzahl als 100%-Wert in der Steuereinrichtung abgespeichert. Von nun an kann die Abtriebsdrehzahl n_AB mittels des Inchpedals 8 zwischen dem 100%-Wert und dem Wert Null moduliert werden, solange das Inchpedal 8 zumindest teilweise betätigt bleibt. Eine Erhöhung der Abtriebsdrehzahl n_AB über das Fahrpedal 7 ist in diesem Zeitraum nicht möglich. Dieser Zeitraum entspricht dem hier betrachteten Inchmodus und reicht im vorliegenden Ausführungsbeispiel von t₅ bis t₁₀.
Die Antriebsdrehzahl n_AN wird weiterhin über das Fahrpedal 7 vorgegeben. Wenn über das Fahrpedal 7 eine niedrigere Abtriebsdrehzahl als der abgespeicherte 100%-Wert angefordert wird, so wird der niedrigere Wert so lange verwendet, bis das Fahrpedal wieder einen größeren Wert als den abgespeicherten Wert anfordert oder der Inchmodus beendet wird.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Inchpedal 8 von t₅ bis t₉ kontinuierlich stärker betätigt. Dementsprechend wird die Abtriebsdrehzahl n_AB von t₅ bis t₉ kontinuierlich abgesenkt.
Zum Absenken der Abtriebsdrehzahl n_AB ab dem Zeitpunkt t₅ wird zunächst das Schluckvolumen q_B des zweiten Hydromotors 5 erhöht, bis ab t₆ das Schluckvolumen q_A des ersten Hydromotors 4 ausgehend von dem Wert Null erhöht wird. Zwischen t₆ und t₇ wird das Schluckvolumen q_B des zweiten Hydromotors 5 kurzzeitig nochmals verringert, um eine Fahrgeschwindigkeitsruck durch den Beginn der Schluckvolumenverstellung des ersten Hydromotors 4 zu vermeiden. Von t₇ bis t₈ werden dann die Schluckvolumina q_A und q_B der beiden Hydromotoren 4 und 5 erhöht bis zu deren jeweiligem Maximalwert.
Wie aus 5 und 6 hervorgeht, wird das Absenken der Abtriebsdrehzahl n_AB ab dem Zeitpunkt t₅ zunächst allein durch das Erhöhen der Schluckvolumina q_A und q_B der beiden Hydromotoren 4 und 5 bewirkt. Der Pumpensteuerdruck p_S und das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 3 verändern sich zu diesem Zeitpunkt t₅ nicht. Erst ab dem Zeitpunkt t₈, wenn die Schluckvolumina q_A und q_B der beiden Hydromotoren 4 und 5 ihren Maximalwert erreichen, wird der Pumpensteuerdruck p_S verringert, um so der weiter verringerten Abtriebsdrehzahlanforderung gerecht zu werden. Theoretisch soll mit der Verringerung des Pumpensteuerdrucks p_S am Zeitpunkt t₈ dann begonnen werden, wenn die Schluckvolumina q_A und q_B der beiden Hydromotoren 4 und 5 ihren Maximalwert erreicht haben. Zweckmäßigerweise wird an dieser Stelle jedoch eine gewisse Überlagerung zwischen den Volumenverstellungen der Hydromotoren und der Hydraulikpumpe realisiert, um auch hier einen sanften Übergang zu erhalten, sodass ein ruckfreier Fahrbetrieb gewährleistet ist. Das bedeutet, dass mit der Verringerung des Pumpensteuerdrucks p_S am Zeitpunkt t₈ bereits begonnen wird, kurz bevor die Schluckvolumina q_A und q_B der beiden Hydromotoren 4 und 5 ihren Maximalwert erreicht haben.
Die zum Zeitpunkt t₈ vorliegende Abtriebsdrehzahl n_AB entspricht im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Abtriebsdrehzahlschwelle, oberhalb derer nur die Schluckvolumen des ersten und des zweiten Hydromotors 4 und 5 verändert werden und das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 3 oberhalb dieser Abtriebsdrehzahlschwelle nicht verändert wird. Beim Zeitpunkt t₈ unterschreitet die Abtriebsdrehzahl n_AB diese Schwelle, sodass nach dem Zeitpunkt t₈ der Pumpensteuerdruck p_S und damit das Fördervolumen der Hydraulikpumpe verringert wird, um die angeforderte verringerte Abtriebsdrehzahl zu erreichen.
Ab dem Zeitpunkt t₅ wird das Fahrpedal 7 stärker betätigt, wodurch ein Anstieg der Antriebsdrehzahl n_AN bewirkt wird. Da zum Zeitpunkt t₅ auch das Inchpedal 8 betätigt wird, sinkt im gleichen Zeitraum die Abtriebsdrehzahl n_AB. Das Fahrpedal 7 wird bis zum Zeitpunkt t₈ kontinuierlich weiter gedrückt, d.h. stärker betätigt, wodurch eine höhere Antriebsdrehzahl n_AN angefordert wird. Folglich wird die Antriebsdrehzahl n_AN durch den Antriebsmotor 2 bis zum Zeitpunkt t₈ kontinuierlich angehoben, siehe 2.
Von t₈ bis t₉ bleibt die Fahrpedalstellung konstant, sodass sich in diesem Zeitraum auch die Antriebsdrehzahl n_AN nicht verändert. In diesem Zeitraum kann ein über einen Nebenabtrieb angetriebenes Aggregat mit gleichbleibend hoher Drehzahl betrieben werden.
Ab dem Zeitpunkt t₉ werden sowohl das Fahrpedal 7 als auch das Inchpedal 8 wieder losgelassen, d.h. weniger stark betätigt. Durch das Loslassen des Fahrpedals 7 wird die Antriebsdrehzahl n_AN entsprechend abgesenkt, während das Loslassen des Inchpedals 8 zur Folge hat, dass die Abtriebsdrehzahl n_AB wieder langsam ansteigt bis zu dem Zeitpunkt t₁₀, d.h. bis das Inchpedal 8 vollständig losgelassen worden ist und der Inchmodus deaktiviert ist.
Ab dem Zeitpunkt t₁₀ ist das Inchpedal vollständig losgelassen der Inchmodus beendet, sodass ab diesem Zeitpunkt die Abtriebsdrehzahlanforderung wieder durch die Fahrpedalstellung vorgegeben wird. Das Fahrpedal 7 wird zum Zeitpunkt t₁₀ jedoch weiter losgelassen bis zum Zeitpunkt t₁₁, sodass dadurch eine weiter verringerte Abtriebsdrehzahlanforderung vorliegt. Die weiter verringerte Abtriebsdrehzahlanforderung ab dem Zeitpunkt t₁₀ wird dadurch in eine tatsächlich verringerte Abtriebsdrehzahl n_AB umgesetzt, dass der Pumpensteuerdruck p_S vom Zeitpunkt t₁₀ bis zum Zeitpunkt t₁₁ wieder verringert wird, wodurch das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 3 verkleinert wird. Bei gleichbleibenden Schluckvolumina q_A und q_B der beiden Hydromotoren 4 und 5 ergibt sich so die angeforderte weitere Reduzierung der Abtriebsdrehzahl n_AB.
Bezugszeichenliste

1: hydrostatischer Fahrantrieb
2: Antriebsmotor
3: Hydraulikpumpe
4: erster Hydromotor
5: zweiter Hydromotor
6: Steuergerät
7: Fahrpedal
8: Inchpedal
9: Verbindung
10: Motorabtriebswelle
11: hydraulischen Förderkreis
12: Summiergetriebe
13: Abtriebswelle
14: Steuereinrichtung
15: Prozessor
16: Speichermittel
17: Computerprogrammprodukt
Anf_AB: Abtriebsdrehzahlanforderung
FP: Fahrpedalstellung
IP: Inchpedalstellung
n_AN: Antriebsdrehzahl
n_AB: Abtriebsdrehzahl
p: Druck
p_S: Pumpensteuerdruck
q: Schluckvolumen
q_A: Schluckvolumen
q_B: Schluckvolumen
t: Zeit
t₁–t₁₁: Zeitpunkte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014101781 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines hydrostatischen Fahrantriebs (1) mit einer durch einen Antriebsmotor (2) antreibbaren Hydraulikpumpe (3), deren Fördervolumen verstellbar ist, mit zumindest einem ersten Hydromotor (4), dessen Schluckvolumen verstellbar ist, sowie mit einer Inch-Einrichtung zum Betreiben des Fahrzeugs in einem Inchmodus, in dem eine Antriebsdrehzahl n_AN des Antriebsmotors (2) unabhängig von einer Abtriebsdrehzahl n_AB des Fahrantriebs (1) steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verändern der Abtriebsdrehzahl n_AB im Inchmodus zunächst das Schluckvolumen des zumindest einen ersten Hydromotors (4) verstellt wird, während das Fördervolumen der Hydraulikpumpe (3) nicht verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrantrieb (1) einen zweiten Hydromotor (5) umfasst, dessen Schluckvolumen ebenfalls verstellbar ist, und dass zum Verändern der Abtriebsdrehzahl n_AB im Inchmodus das Schluckvolumen des ersten und des zweiten Hydromotors (4, 5) verändert werden, bevor das Fördervolumen der Hydraulikpumpe (3) verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schluckvolumen des ersten und zweiten Hydromotors (4, 5) bis zu ihrem jeweiligen maximalen Schluckvolumen verändert werden, bevor das Fördervolumen der Hydraulikpumpe (3) verändert wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verändern der Abtriebsdrehzahl n_AB im Inchmodus nur das Schluckvolumen des ersten und des zweiten Hydromotors (4, 5) verändert werden und das Fördervolumen der Hydraulikpumpe (3) nicht verändert wird, solange die Abtriebsdrehzahl n_AB eine Abtriebsdrehzahlschwelle nicht unterschreitet.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Inchmodus aktiv ist, wenn ein Inchpedal (8) zumindest teilweise betätigt ist.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsdrehzahl n_AN im Inchmodus durch Betätigen eines Fahrpedals (7) unabhängig von der Abtriebsdrehzahl n_AB veränderbar ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsdrehzahl n_AN im Inchmodus durch stärkeres Betätigen des Fahrpedals (7) erhöht wird, während die Abtriebsdrehzahl n_AB durch stärkeres Betätigen des Inchpedals (8) reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Wert der Abtriebsdrehzahl n_AB zu Beginn jeder neuen Betätigung des Inchpedals (8) in einer Steuereinrichtung als 100%-Wert gespeichert wird, und dass die Abtriebsdrehzahl n_AB von diesem Zeitpunkt an mit dem Inchpedal (8) zwischen diesem 100%-Wert und dem Wert Null moduliert werden kann.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördervolumen der Hydraulikpumpe (3) durch eine Modulation eines Steuerdruckes verändert wird.
Steuereinrichtung (14) zum Betreiben eines hydrostatischen Fahrantriebs (1) gemäß einem Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (14) umfasst: • ein Steuergerät (6) mit einem Prozessor (15) als datenverarbeitendes Element zur Verarbeitung gespeicherter und erfasster Parameter und mit Speichermitteln (16) zum Speichern und Abrufen von Parametern, • Mittel zur Erfassung einer Antriebsdrehzahl n_AN eines Antriebsmotors und einer Abtriebsdrehzahl n_AB, • Mittel zur Erfassung der jeweiligen Stellung eines Fahrpedals (7) und eines Inchpedals (8), • Mittel zur Erfassung des eingestellten Fördervolumens einer Hydraulikpumpe (3) und der eingestellten Schluckvolumen eines ersten und eines zweiten Hydromotors (4, 5), • Mittel zum Verstellen des Fördervolumens der Hydraulikpumpe und zum Verstellen des Schluckvolumens des ersten und des zweiten Hydromotors (4, 5).
Computerprogrammprodukt (17), das derart ausgestaltet ist, dass damit ein hydrostatischer Fahrantrieb im Sinne eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 steuerbar ist.