DE102019205402A1

DE102019205402A1 - Regelung einer Abtriebsdrehzahl bei einem hydrostatischen Fahrantrieb

Info

Publication number: DE102019205402A1
Application number: DE102019205402.1A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Rilling; Andreas Rothmund
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2020-10-15

Abstract

Die Erfindung betrifft die Regelung einer Abtriebsdrehzahl bei einem hydrostatischen Fahrantrieb, wobei der hydrostatische Fahrantrieb einen Antriebsmotor, eine Hydropumpe, deren Fördervolumen einstellbar ist, und wenigstens einen Hydromotor umfasst, dessen Schluckvolumen (VMotor nAB) einstellbar ist, wobei der Antriebsmotor die Hydropumpe antreibt, und wobei die Hydropumpe wiederum den wenigstens einen Hydromotor antreibt. In einem entsprechenden Regelungsverfahren wird eine Soll-Abtriebsdrehzahl des Hydromotors festgelegt und eine Ist-Abtriebsdrehzahl des Hydromotors ermittelt. Es wird ein erstes Schluckvolumen (VMOTOR RTOS) des Hydromotors in Abhängigkeit von der Soll-Abtriebsdrehzahl ermittelt und es erfolgt ein Ermitteln eines zweiten Schluckvolumens (VMotor nAB) des Hydromotors in Abhängigkeit von der Ist-Abtriebsdrehzahl. Es wird eine Regeldifferenz (ΔV) ermittelt, welche sich aus dem ersten Schluckvolumen (VMOTOR RTOS) abzüglich des zweiten Schluckvolumens (VMotor nAB) ergibt. Das Schluckvolumen (VMotor nAB) des Hydromotors wird mittels eines Reglers basierend auf der Regeldifferenz (ΔV) geregelt, sodass sich das zweite Schluckvolumen (VMotor nAB) dem ersten Schluckvolumen (VMOTOR RTOS) angleicht, wodurch sich auch die Ist-Abtriebsdrehzahl der Soll-Abtriebsdrehzahl angleicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Prozessoreinheit und ein Computerprogrammprodukt zur Regelung einer Abtriebsdrehzahl bei einem hydrostatischen Fahrantrieb.
Ein hydrostatischer Fahrantrieb wird beispielsweise in einer Arbeitsmaschine oder in einer Baumaschine zu deren Antrieb eingesetzt. Dabei wird typischerweise hydraulisches Strömungsmittel von einer Hydraulikpumpe unter Druck gesetzt, wobei die Hydraulikpumpe durch eine Drehbewegung eines Antriebsmotors angetrieben wird. Das unter Druck gesetzte hydraulische Strömungsmittel kann als Bewegungskraft zum Antrieb der Arbeitsmaschine verwendet werden. Üblicherweise wird dabei eine Hydraulikpumpe (im Folgenden wird eine Hydraulikpumpe auch mit dem Begriff „Hydropumpe“ bezeichnet) von einer Ausgangswelle des Antriebsmotors angetrieben und treibt einen hydrostatischen Motor (im Folgenden wird ein hydrostatischer Motor auch mit dem Begriff „Hydromotor“ bezeichnet) mit unter Druck gesetztem, hydraulischem Strömungsmittel an. Der Hydromotor kann mit einer oder mit mehreren Achsen der Arbeitsmaschine gekoppelt sein, um diese anzutreiben. Bei Baumaschinen mit hydrostatischen Fahrantrieb ist es üblich, dass die Hydropumpe in ihrem Fördervolumen variabel einstellbar ist, und dass der Hydromotor bezüglich seines Schluckvolumens variabel einstellbar ist. Dadurch kann ein relatives Drehmoment und eine relative Drehzahl einer Abtriebswelle, welche durch den Hydromotor angetrieben wird, kontinuierlich variiert werden.
Aus der DE 10 2010 001 696 A1 ist ein Verfahren zum Einstellen einer fahrerwunschabhängigen Soll-Drehzahl einer Getriebeausgangswelle einer Getriebeeinrichtung oder einer hierzu äquivalenten Drehzahl, in der eine Übersetzung zumindest bereichsweise stufenlos variierbar ist, beschrieben. Ausgehend von der Soll-Drehzahl werden eine obere Drehzahlgrenze und eine untere Drehzahlgrenze bestimmt. Bei Unterschreiten der unteren Drehzahlgrenze durch eine Ist-Drehzahl der Getriebeausgangswelle wird die untere Drehzahlgrenze in Abhängigkeit der Ist-Drehzahl variiert und eine angepasste Soll-Drehzahl aus der Summe der angepassten unteren Drehzahlgrenze und einem ersten Offsetwert bestimmt. Bei Überschreiten der oberen Drehzahlgrenze durch die Ist-Drehzahl der Getriebeausgangswelle wird die obere Drehzahlgrenze an die Ist-Drehzahlzahl angepasst und die angepasste Soll-Drehzahl aus der Differenz der angepassten oberen Drehzahlgrenze und einem zweiten Offsetwert ermittelt.
Aufgrund diverser neuer Funktionen für die Ansteuerung eines Getriebesystems besteht das Bedürfnis, auch insbesondere einen PID-Regler für die Regelung der Geschwindigkeit anzupassen. Des Weiteren soll die Funktionsweise des Reglers erweitert werden, da der Regler ggfs. nur noch bei maximaler Fahrzeuggeschwindigkeit wirkt und nicht mehr dauerhaft. Dadurch kann der Fall auftreten, dass das Fahrzeug bergab beschleunigt und dabei die maximale Geschwindigkeit einregeln muss. Hierbei können sich unter Umständen mehrere überlagerte Regelungen (z.B. Übersetzung, Motordrehzahl, Abtriebsdrehzahl) negativ beeinflussen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, eine alternative Regelung einer Abtriebsdrehzahl bei einem hydrostatischen Fahrantrieb bereitzustellen, wodurch die vorstehend genannten Problemstellungen gelöst werden. Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
Die vorliegende Erfindung stellt eine intelligente und situative Anpassung eines Softwarereglers insbesondere in unterschiedlichen Phasen der Abtriebsdrehzahl-Regelung bereit. Insbesondere wird zur Lösung des vorstehend dargestellten Problemkomplexes gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, bei der Regelung der Abtriebsdrehzahl zur Ermittlung der Regeldifferenz nicht die Abtriebsdrehzahl des Hydromotors zu nutzen, sondern dessen Schluckvolumen. Dabei kann anhand der folgenden Formel 1 ein erstes Schluckvolumen V_{Motor RTOS} (Ziel-Schluckvolumen) ermittelt werden, das zu einer Soll-Drehzahl RTOS gehört: $V_{M o t o r R T O S} = \frac{q_{P u m p e} * η_{P u m p e} * n_{A n t r i e b} * η_{M o t o r}}{R T O S * i_{M o t o r}};$
Hierbei sind:

q_Pumpe: ein Fördervolumen einer Hydraulikpumpe, welche einen Hydromotor eines hydrostatischen Fahrantriebs antreibt,
η_Pumpe: der Wirkungsgrad der Hydraulikpumpe,
n_Antrieb: eine Drehzahl eines Antriebsmotors, z.B. eines Dieselmotors, welcher die Hydraulikpumpe antreibt,
η_Motor: der Wirkungsgrad des Hydromotors und
i_Motor: die Übersetzung des Hydromotors.

Die Soll-Drehzahl weist im Verlauf der Regelung der Ist-Drehzahl insbesondere einen konstanten Wert auf. Daher kann auch das von dieser insbesondere konstanten Soll-Drehzahl abhängige Zielschluckvolumen einen konstanten Wert aufweisen. Des Weiteren kann anhand der folgenden Formel 2 ein zweites Zielschluckvolumen V_{Motor n
AB} berechnet werden, das zu einer Ist-Drehzahl n_AB gehört: $V_{M o t o r n_{A B}} = \frac{q_{P u m p e} * η_{P u m p e} * n_{A n t r i e b} * η_{M o t o r}}{n_{A B} * i_{M o t o r}};$
Die Differenz aus erstem Zielschluckvolumen abzüglich des zweiten Zielschluckvolumens ergibt die jeweils aktuelle Regeldifferenz Δ_v: $Δ_{V} = V_{M o t o r R T O S} - V_{M o t o r n_{A B}};$
Die Regeldifferenz aus beiden Schluckvolumina kann einem Regler, insbesondere einem PID-Regler, zugeführt werden. Der Regler kann auf das Schluckvolumen des Hydromotors wirken. Mittels des Schluckvolumens wird dann die Ist-Abtriebsdrehzahl auf die vorgegebene Abtriebsdrehzahl eingeregelt. Die Regeldifferenz tendiert dann zu dem Wert null. Die vorliegende Erfindung ermöglicht insbesondere einen hohen Komfortgewinn aufgrund reduzierter Geräuschbelastung und es kann ein schwingungsarmes Halten der Sollgeschwindigkeit erreicht werden.
In diesem Sinne wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Regelung einer Abtriebsdrehzahl bei einem hydrostatischen Fahrantrieb vorgeschlagen. Der hydrostatische Fahrantrieb umfasst einen Antriebsmotor, eine Hydropumpe, deren Fördervolumen einstellbar ist, und wenigstens einen Hydromotor, dessen Schluckvolumen einstellbar ist. Dabei treibt der Antriebsmotor die Hydropumpe an, welche wiederum den wenigstens einen Hydromotor antreibt. Bei dem Antriebsmotor kann es sich beispielsweise um einen Verbrennungskraftmotor in Form eines Dieselmotors handeln.
Das Verfahren kann insbesondere die folgenden Schritte umfassen:

- Festlegen einer Soll-Abtriebsdrehzahl des Hydromotors,
- Ermitteln einer Ist-Abtriebsdrehzahl des Hydromotors,
- Ermitteln eines ersten Schluckvolumens des Hydromotors in Abhängigkeit von der Soll-Abtriebsdrehzahl (insbesondere unter Verwendung der obigen Formel 1),
- Ermitteln eines zweiten Schluckvolumens des Hydromotors in Abhängigkeit von der Ist-Abtriebsdrehzahl (insbesondere unter Verwendung der obigen Formel 2),
- Ermitteln einer Regeldifferenz, welche sich aus dem ersten Schluckvolumen abzüglich des zweiten Schluckvolumens ergibt (insbesondere unter Verwendung der obigen Formel 3), und
- Regeln des Schluckvolumens des Hydromotors mittels eines Reglers basierend auf der Regeldifferenz, sodass sich das zweite Schluckvolumen dem ersten Schluckvolumen angleicht, wodurch sich auch die Ist-Abtriebsdrehzahl der Soll-Abtriebsdrehzahl angleicht.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Prozessoreinheit zur Regelung einer Abtriebsdrehzahl bei einem hydrostatischen Fahrantrieb vorgeschlagen, wobei der hydrostatische Fahrantrieb einen Antriebsmotor, eine Hydropumpe, deren Fördervolumen einstellbar ist, und wenigstens einen Hydromotor umfasst, dessen Schluckvolumen einstellbar ist, wobei der Antriebsmotor die Hydropumpe antreibt, welche wiederum den wenigstens einen Hydromotor antreibt. Die Prozessoreinheit kann insbesondere mittels einer Kommunikations-Schnittstelle dazu eingerichtet sein, auf eine Soll-Abtriebsdrehzahl und auf eine zuvor ermittelte Ist-Abtriebsdrehzahl des Hydromotors zuzugreifen. Weiterhin kann die Prozessoreinheit dazu eingerichtet sein,

- ein erstes Schluckvolumen des Hydromotors in Abhängigkeit von der Soll-Abtriebsdrehzahl zu ermitteln (insbesondere unter Verwendung der obigen Formel 1),
- ein zweites Schluckvolumen des Hydromotors in Abhängigkeit von der Ist-Abtriebsdrehzahl zu ermitteln (insbesondere unter Verwendung der obigen Formel 2),
- eine Regeldifferenz zu ermitteln, welche sich aus dem ersten Schluckvolumen abzüglich des zweiten Schluckvolumens ergibt (insbesondere unter Verwendung der obigen Formel 3), und
- das Schluckvolumen des Hydromotors mittels eines Reglers basierend auf der Regeldifferenz zu regeln, sodass sich das zweite Schluckvolumen dem ersten Schluckvolumen angleicht, wodurch sich auch die Ist-Abtriebsdrehzahl der Soll-Abtriebsdrehzahl angleicht.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein hydrostatischer Fahrantrieb vorgeschlagen. Der hydrostatische Fahrantrieb umfasst einen Antriebsmotor, eine Hydropumpe, deren Fördervolumen einstellbar ist, und wenigstens einen Hydromotor umfasst, dessen Schluckvolumen einstellbar ist, wobei der Antriebsmotor die Hydropumpe antreibt, welche wiederum den wenigstens einen Hydromotor antreibt. Der hydrostatische Fahrantrieb umfasst weiterhin eine Prozessoreinheit gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt zur Regelung einer Abtriebsdrehzahl bei einem hydrostatischen Fahrantrieb vorgeschlagen, wobei das Computerprogrammprodukt, wenn es auf einer Prozessoreinheit ausgeführt wird, die Prozessoreinheit anweist, die Schritte eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen.
Die folgenden Ausführungen gelten gleichermaßen für das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, für die Prozessoreinheit gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, für den hydrostatischen Fahrantrieb gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung und für das Computerprogrammprodukt gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung.
Bei dem Regler kann es sich insbesondere um einen PID-Regler handeln.
Der Regler kann die Regeldifferenz wieder auf das erste Zielschluckvolumen addieren. Dies kann insbesondere durch einen proportionalen Anteil (P-Anteil) des Reglers erfolgen. Diese Art der Regelung ist besonders direkt und ermöglicht, dass auf eine hohe Regeldifferenz schnell und effektiv reagiert werden kann.
Die Skalierung und der Wertebereich eines I-Anteils des Reglers können derart optimiert und dahingehend angepasst sein, dass der I-Anteil nur noch positive Werte annehmen darf. Somit kann der I-Anteil des Reglers sofort greifen, wenn die Abtriebsdrehzahl über den Sollwert hinausgeht.
Des Weiteren kann die Regelung in unterschiedliche Phasen eingeteilt werden, damit zur jeweils passenden Zeit auch der richtige Regler eingesetzt wird. Diese phasenweise Regelung kann stets unter der Prämisse erfolgen, Schwingungen in der Regelung zu unterbinden. Das Einregeln der Abtriebsdrehzahl kann insbesondere in drei verschiedene, im Folgenden näher erläuterte Phasen aufgeteilt werden.
So kann in einer ersten Phase das Regeln des Schluckvolumens des Hydromotors mittels einer PI-Regelung bzw. mittels eines PI-Reglers erfolgen. Mit anderen Worten kann in der ersten Phase ein Proportional-/Integralregler (PI-Regler) arbeiten. Der Integralregler verfügt nur über ein geringen Stellbereich, was ein starkes Überschwingen der Abtriebsdrehzahl verhindert. Der Proportionalregler sorgt für ein möglichst schnelles Ausregeln der Drehzahldifferenz. Somit wird in der ersten Phase ein schnelles Erreichen der Soll-Abtriebsdrehzahl ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform kann in einer zweiten Phase, die sich an die erste Phase anschließt, das Regeln des Schluckvolumens des Hydromotors ausschließlich mittels Integraler-Regelung erfolgen. In dieser zweiten Phase arbeitet ein reiner Integralregler, da ein langsames und stetiges Regeln erforderlich ist, um eine stabile Drehzahlsituation bereitzustellen. Diese Ausführungsform ermöglicht somit ein schwingungsfreies Halten der Soll-Abtriebsdrehzahl.
In einer weiteren Ausführungsform kann in einer dritten Phase, die sich an die zweite Phase anschließt, das Regeln des Schluckvolumens des Hydromotors wieder wie in der ersten Phase mittels einer PI-Regelung erfolgen. Aufgrund der langsamen Regelung in der zweiten Phase, ist es notwendig, einen Schubbetrieb bei einer Bergabfahrt abzusichern. Wenn der Regelalgorithmus erkennt, dass die Abtriebsdrehzahl nicht mehr eingeregelt werden kann, wird die reine Integralregelung (zweite Phase) verlassen und die Proportional-/Integralregelung in der dritten Phase reaktiviert. Dadurch können Überdrehzahlen im Schubbetrieb verhindert werden.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt

1 eine Systemübersicht eines Fahrzeugs mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Fahrantriebs mit zwei Hydromotoren,
2 ein Diagramm, welches eine Soll-Drehzahl und eine geregelte Ist-Drehzahl über der Zeit darstellt,
3 ein Diagramm, welches Schluckvolumina über der Zeit darstellt,
4 ein Diagramm, welches einen P-Anteil und einen I-Anteil einer Stellgröße für eines der Schluckvolumina nach 3 für eine Regelung der Ist-Abtriebsdrehzahl nach 2 darstellt, und
5 ein Diagramm, welches eine Soll-Drehzahl und eine in drei Phasen geregelte Ist-Drehzahl über der Zeit darstellt.

1 zeigt grob schematisch ein Fahrzeug 1 mit einem exemplarischen hydrostatischen Fahrantrieb 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der hydrostatische Fahrantrieb 2 kann eine Hydraulikpumpe 3 (Hydropumpe) umfassen, die direkt an einen Antriebsmotor angeflanscht sein kann, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel an einen Dieselmotor 4. Weiterhin kann der hydrostatische Fahrantrieb 2 des Fahrzeugs 1 ein vollhydrostatisches Getriebe 5 umfassen, welches in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Hydromotor 6 aufweist. Das vollhydrostatische Getriebe 5 und dessen Hydromotor 6 können mit der Hydropumpe 3 beispielsweise über Hydraulikschläuche 7 und 8 verbunden sein. Eine Abtriebsleistung des Hydromotors 6 kann beispielsweise auf eine Abtriebswelle 9 abgegeben und von dieser auf eine Achse 10 des Fahrzeugs 1 übertragen werden.
Ein Fördervolumen der Hydropumpe 3 kann beispielsweise mittels einer Einrichtung zur Verstellung des Fördervolumens der Hydropumpe 3 verändert werden. Wenn sich der Antriebsmotor 4 dreht, kann beispielsweise ein Steuerdruck, welcher auf die Hydropumpe 3 wirkt, erhöht werden, wodurch die Hydropumpe 3 ausgeschwenkt werden kann, was zur Folge hat, dass die Hydropumpe 3 hydraulisches Strömungsmittel, z.B. Öl, in das hydrostatische Getriebe 5 bzw. in dessen Hydromotor 6 fördert, sodass das Fahrzeug 1 beschleunigt werden kann. Grundsätzlich können beispielsweise Radialkolbenmaschinen oder Axialkolbenmaschinen als Hydropumpe 3 und als Hydromotor 6 verwendet werden. Insbesondere können für die Hydropumpe 3 und/oder den Hydromotoren 6 sogenannte Schrägscheibenmaschinen zum Einsatz kommen, wobei das Fördervolumen der Hydropumpe 3 bzw. ein Schluckvolumen V_{Motor n
AB} des Hydromotors 6 über entsprechende Steuerdrücke gesteuert oder geregelt werden können. Indem das Schluckvolumen V_{Motor n
AB} des Hydromotors 6 eingestellt wird, kann das Übersetzungsverhältnis des vollhydrostatischen Getriebes 5 (Verhältnis zwischen Antriebsdrehzahl des Hydromotors 6 und der Abtriebsdrehzahl des Hydromotors 6) verändert werden.
Zur Steuerung des hydrostatischen Fahrantriebs 2 weist dieser eine Prozessoreinheit 11 auf. Die Prozessoreinheit 11 ist dazu eingerichtet, die im Folgenden näher erläuterten Verfahrensschritte durchzuführen bzw. auszuführen. Insbesondere kann auf einer Speichereinheit 12 der Prozessoreinheit 11 ein Computerprogrammprodukt bzw. ein Programmelement 13 hinterlegt sein, das, wenn es auf der Prozessoreinheit 11 ausgeführt wird, die Prozessoreinheit 11 anleitet, die im Folgenden beschriebenen Funktionalitäten zu ermöglichen bzw. die im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte durchzuführen.
In dem durch 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Prozessoreinheit 11 eine elektronische Steuerungseinheit (Electronic Control Unit) ECU, eine Getriebesteuerungseinheit (Transmission Control Unit) TCU, eine Fahrzeugsteuerungseinheit (Vehicle Control Unit) VCU und einen PID-Regler 15 auf. Der PID-Regler 15 kann beispielsweise in die Getriebesteuerungseinheit TCU integriert sein. Die elektronische Steuerungseinheit ECU kann einerseits insbesondere mit dem Antriebsmotor 4 des hydrostatischen Fahrantriebs 2 kommunikativ verbunden sein und beispielsweise die Drehzahl des Antriebsmotors 4 steuern oder regeln. Andererseits kann ein Fahrpedal 14, über das ein Fahrer (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 1 einen Fahrwunsch eingeben kann, insbesondere eine einzustellende Abtriebsdrehzahl der Antriebswelle 9, kommunikativ mit der elektronischen Steuerungseinheit ECU verbunden sein. Die Getriebesteuerungseinheit TCU kann insbesondere kommunikativ mit der Hydropumpe 3 und mit dem Hydromotor 6 verbunden sein. Die Getriebesteuerungseinheit TCU kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, die im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte durchzuführen. Ferner kann die Fahrzeugsteuerungseinheit VCU kommunikativ mit der elektronischen Steuerungseinheit ECU und der Getriebesteuerungseinheit TCU verbunden sein.
2 zeigt eine erste Drehzahl und eine zweite Drehzahl im Verlaufe einer Regelung der zweiten Drehzahl. Beide Drehzahlen haben die Einheit Umdrehungen pro Sekunde. Die auf der horizontalen Achse aufgetragene Zeit hat die Einheit Sekunden. Die erste Drehzahl ist eine angeforderte Abtriebsdrehzahl bzw. eine Soll-Abtriebsdrehzahl RTOS. Die zweite Drehzahl ist eine aktuelle Abtriebsdrehzahl bzw. eine Ist-Abtriebsdrehzahl n_AB .
3 zeigt ein erstes Schluckvolumen, ein zweites Schluckvolumen und ein drittes Schluckvolumen des Hydromotors 6 nach 1 während der Regelung der Ist-Abtriebsdrehzahl n_AB nach 2. Alle Schluckvolumina V haben die Einheit Kubikmeter oder eine Untereinheit davon. Die auf der horizontalen Achse aufgetragene Zeit t hat die Einheit Sekunden. Das erste Schluckvolumen V_{MOTOR RTOS} ist ein Soll-Schluckvolumen und ist nach der obenstehenden Formel 1 berechnet worden und weist im Verlauf der Regelung der Ist-Abtriebsdrehzahl n_AB einen konstanten Wert auf. Das zweite Schluckvolumen V_{Motor n
AB} ist ein Ist-Schluckvolumen und ist nach der obenstehenden Formel 2 berechnet worden. Eine jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt vorliegende Regeldifferenz Δ_v, welche sich aus der Differenz des ersten Schluckvolumens V_{MOTOR RTOS} abzüglich des zweiten Schluckvolumens V_Motorn
AB ergibt, kann gemäß der obenstehenden Formel 3 berechnet werden. Die Prozessoreinheit 11 kann auf die Regeldifferenz Δ_v zugreifen und dem PID-Regler 15 zuführen. Der PID-Regler 15 kann das Schluckvolumen V_{Motor n
AB} des Hydromotors 6 verändern, sodass sich das Ist-Schluckvolumen V_Motorn
AB dem Soll-Schluckvolumen V_{MOTOR RTOS} angleicht. Auf diese Weise gleicht sich auch die Ist-Abtriebsdrehzahl n_AB der vorgegebenen Soll-Abtriebsdrehzahl RTOS an.
Im Rahmen der Regelung kann der PID-Regler 15 die Regeldifferenz Δ_V wieder auf das erste Schluckvolumen V_{MOTOR RTOS} addieren. Dies resultiert in einem dritten Schluckvolumen V_{MOTOR RTOS +ΔV}, dessen zeitlicher Verlauf während der Regelung in 3 dargestellt ist. Das dritte Schluckvolumen V_{MOTOR RTOS +ΔV} ist ein aktualisiertes Soll-Schluckvolumen. In dem Beispiel nach 3 können zu einem Rechen-Startzeitpunkt t₀ das erste Schluckvolumen V_{MOTOR RTOS} , das zweite Schluckvolumen U_{Motor n
AB} und die Regeldifferenz Δ_V berechnet werden. Dies kann mittels der Prozessoreinheit 11 erfolgen, die dazu beispielsweise mittels einer Kommunikations-Schnittstelle auf durch Sensoren erfasste Daten zugreifen kann, welche die Werte der Formel 1 und Formel 2 repräsentieren. Die Regeldifferenz Δ_V nimmt in dem durch 3 gezeigten Beispiel zum Zeitpunkt t₀ einen negativen Wert an, da das zweite Schluckvolumen V_MOTORn
AB größer ist als das erste Schluckvolumen V_{MOTOR RTOS} . Der PID-Regler 15 kann diesen negativen Wert der Regeldifferenz Δ_V auf das erste Schluckvolumen V_{MOTOR RTOS} addieren, wodurch zu einem ersten Regel-Startzeitpunkt t₁ das dritte Schluckvolumen V_{MOTOR RTOS + ΔV} berechnet ist, das dementsprechend kleiner ist als das erste Schluckvolumen V_{MOTOR RTOS} . Der erste Regel-Startzeitpunkt t₁ kann sehr kurz nach dem Rechen-Zeitpunkt t₀ liegen.
Während der Regelung wirkt der PID-Regler 15 auf den Hydromotor 6, sodass das Ist-Schluckvolumen V_{Motor n
AB} des Hydromotors 6 verstellt wird, und zwar mit dem Ziel, dass sich sowohl die Soll- und die Ist-Schluckvolumina als auch die Soll- und die Ist-Abtriebsdrehzahlen angleichen. 4 zeigt einen P-Anteil P und einen I-Anteil I während des Verlaufs der Regelung mittels des PID-Reglers 15. Die Skalierung und der Wertebereich des I-Anteils I sind derart optimiert und dahingehend angepasst, dass der I-Anteil I nur noch positive Werte annehmen darf. Somit greift der I-Anteil des Reglers sofort, wenn die Abtriebsdrehzahl über den Sollwert hinausgeht.
Die Regelung kann in unterschiedliche Phasen 100, 200 und 300 eingeteilt sein, wodurch ermöglicht wird, dass zur jeweils passenden Zeit auch der richtige Regler eingesetzt wird. Dies erfolgt stets unter der Prämisse, dass Schwingungen in der Regelung unterbunden werden. Das Einregeln der Abtriebsdrehzahl kann gemäß 5 in 3 verschiedene Phasen 100, 200 und 300 aufgeteilt werden. 5 zeigt eine Soll-Abtriebsdrehzahl RTOS und eine aktuelle Abtriebsdrehzahl bzw. eine Ist-Abtriebsdrehzahl n_AB (beide Drehzahlverläufe sind ähnlich zu denen nach 2) während der drei Phasen 100, 200 und 300 der Regelung.
Zum ersten Regel-Startzeitpunkt t₁ beginnt eine erste Phase 100 der Regelung. In dieser ersten Phase 100 wird relativ schnell und zeitnah nach dem Regel-Startzeitpunkt t₁ zu einem ersten Match-Zeitpunkt t_M die vorgegebene Soll-Abtriebsdrehzahl RTOS erreicht. Während der ersten Phase 100 wird mit einem Proportionalregler (P-Anteil P) und mit einem Integralregler (I-Anteil I) geregelt. Der Integralregler I verfügt nur über ein geringen Stellbereich, was ein starkes Überschwingen der Ist-Abtriebsdrehzahl n_AB verhindert. Der Proportionalregler P sorgt für eine möglichst schnelles Ausregeln der Drehzahldifferenz zwischen der Soll-Abtriebsdrehzahl RTOS und der Ist-Abtriebsdrehzahl n_AB .
Zu einem zweiten Regel-Startzeitpunkt t₂ beginnt eine zweite Phase 200 der Regelung. In der zweiten Phase 200 erfolgt ein schwingungsfreies Halten der Ist-Abtriebsdrehzahl n_AB auf dem Wert der Soll-Abtriebsdrehzahl RTOS. In dieser zweiten Phase 200 arbeitet ein reiner Integralregler (I-Anteil I), da ein langsames und stetiges Regeln erforderlich ist, um eine stabile Drehzahlsituation bereitzustellen.
Zu einem dritten Regel-Startzeitpunkt t₃ beginnt eine dritte Phase 300 der Regelung. In der dritten Phase 300 werden Überdrehzahlen im Schubbetrieb verhindert. Aufgrund der langsamen Regelung in der zweiten Phase 200 ist es notwendig, den Schubbetrieb bei einer Bergabfahrt abzusichern. Wenn der Regelalgorithmus erkennt, dass die Ist-Abtriebsdrehzahl n_AB nicht länger mittels des I-Anteils I allein auf die Soll-Abtriebsdrehzahl RTOS eingeregelt werden kann, dann wird die reine Integralregelung verlassen und in der dritten Phase 300 die kombinierte Proportional-/Integralregelung (wie in der ersten Phase 100) reaktiviert.
Bezugszeichenliste

Δ_V: Regeldifferenz
ECU: elektronische Steuerungseinheit
I: I-Anteil
n_AB: Ist-Drehzahl
P: P-Anteil
RTOS: Soll-Drehzahl
t₀: Rechen-Startzeitpunkt
t₁: Beginn erste Regelungs-Phase
t₂: Beginn zweite Regelungs-Phase
t₃: Beginn dritte Regelungs-Phase
t_M: Match-Zeitpunkt
V_{Motor n AB}: Ist-Schluckvolumen
V_{MOTOR RTOS}: Soll-Schluckvolumen
V_{MOTOR RTOS + ΔV}: aktualisiertes Soll-Schluckvolumen
TCU: Getriebesteuerungseinheit
VCU: Fahrzeugsteuerungseinheit
1: Fahrzeug
2: hydrostatischer Fahrantrieb
3: Hydropumpe
4: Antriebsmotor
5: vollhydrostatisches Getriebe
6: Hydromotor
7: Hydraulikschlauch
8: Hydraulikschlauch
9: erste Abtriebswelle
10: Fahrzeug-Achse
11: Prozessoreinheit
12: Speichereinheit
13: Computerprogrammprodukt
14: Fahrpedal
15: PID-Regler
100: erste Phase der Regelung
200: zweite Phase der Regelung
300: dritte Phase der Regelung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010001696 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Regelung einer Abtriebsdrehzahl (n_AB) bei einem hydrostatischen Fahrantrieb (2), wobei der hydrostatische Fahrantrieb (2) einen Antriebsmotor (4), eine Hydropumpe (3), deren Fördervolumen einstellbar ist, und wenigstens einen Hydromotor (6) umfasst, dessen Schluckvolumen (V_{Motor n
AB}) einstellbar ist, wobei der Antriebsmotor (4) die Hydropumpe (3) antreibt, und wobei die Hydropumpe (3) wiederum den wenigstens einen Hydromotor (6) antreibt, das Verfahren umfassend die Schritte: - Festlegen einer Soll-Abtriebsdrehzahl (RTOS) des Hydromotors (6), - Ermitteln einer Ist-Abtriebsdrehzahl (n_AB) des Hydromotors (6), - Ermitteln eines ersten Schluckvolumens (V_{MOTOR RTOS}) des Hydromotors (6) in Abhängigkeit von der Soll-Abtriebsdrehzahl (RTOS), - Ermitteln eines zweiten Schluckvolumens (V_{Motor n
AB}) des Hydromotors (6) in Abhängigkeit von der Ist-Abtriebsdrehzahl (n_AB), - Ermitteln einer Regeldifferenz (Δ_V), welche sich aus dem ersten Schluckvolumen (V_{MOTOR RTOS}) abzüglich des zweiten Schluckvolumens (V_{Motor nAB}) ergibt, und - Regeln des Schluckvolumens (V_{Motor nAB}) des Hydromotors (6) mittels eines Reglers (15) basierend auf der Regeldifferenz (Δ_V), sodass sich das zweite Schluckvolumen (V_{Motor n
AB}) dem ersten Schluckvolumen (V_{MOTOR RTOS}) angleicht, wodurch sich auch die Ist-Abtriebsdrehzahl (n_AB) der Soll-Abtriebsdrehzahl (RTOS) angleicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Regeln des Schluckvolumens (V_{Motor n
AB}) des Hydromotors (6) mittels eines PID-Reglers (15) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei beim Regeln des Schluckvolumens (V_{Motor n
AB}) des Hydromotors (6) die Regeldifferenz auf das erste Schluckvolumen (V_{MOTOR RTOS}) addiert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei beim Regeln des Schluckvolumens (V_{Motor n
AB}) des Hydromotors (6) I-Anteile des Reglers (15) stets positive Werte annehmen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in einer ersten Phase (100) das Regeln des Schluckvolumens (V_{Motor nAB}) des Hydromotors (6) mittels einer PI-Regelung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei in einer zweiten Phase (200), die sich an die erste Phase (100) anschließt, das Regeln des Schluckvolumens (V_{Motor nAB}) des Hydromotors (6) ausschließlich mittels Integraler-Regelung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei in einer dritten Phase (300), die sich an die zweite Phase (200) anschließt, das Regeln des Schluckvolumens (V_{Motor nAB}) des Hydromotors (6) mittels einer PI-Regelung erfolgt.
Prozessoreinheit (11) zur Regelung einer Abtriebsdrehzahl (n_AB) bei einem hydrostatischen Fahrantrieb (2), wobei der hydrostatische Fahrantrieb (2) einen Antriebsmotor (4), eine Hydropumpe (3), deren Fördervolumen einstellbar ist, und wenigstens einen Hydromotor (6) umfasst, dessen Schluckvolumen (V_{Motor nAB}) einstellbar ist, wobei der Antriebsmotor (4) die Hydropumpe (3) antreibt, und wobei die Hydropumpe (3) wiederum den wenigstens einen Hydromotor (6) antreibt, wobei die Prozessoreinheit dazu eingerichtet ist, - auf eine Soll-Abtriebsdrehzahl des Hydromotors (6) zuzugreifen, - auf eine ermittelte Ist-Abtriebsdrehzahl (n_AB) des Hydromotors (6) zuzugreifen, - ein erstes Schluckvolumen (V_{MOTOR RTOS}) des Hydromotors (6) in Abhängigkeit von der Soll-Abtriebsdrehzahl (RTOS) zu ermitteln, - ein zweites Schluckvolumen (V_{Motor nAB}) des Hydromotors (6) in Abhängigkeit von der Ist-Abtriebsdrehzahl (n_AB) zu ermitteln, - eine Regeldifferenz (Δ_V) zu ermitteln, welche sich aus dem ersten Schluckvolumen (V_{MOTOR RTOS}) abzüglich des zweiten Schluckvolumens (V_{Motor nAB}) ergibt, und - das Schluckvolumen (V_{Motor nAB}) des Hydromotors (6) mittels eines Reglers (15) basierend auf der Regeldifferenz (Δ_V) zu regeln, sodass sich das zweite Schluckvolumen (V_{MOTOR nAB}) dem ersten Schluckvolumen (V_{MOTOR RTOS}) angleicht, wodurch sich auch die Ist-Abtriebsdrehzahl (n_AB) der Soll-Abtriebsdrehzahl (RTOS) angleicht.
Hydrostatischer Fahrantrieb (2) umfassend einen Antriebsmotor (4), eine Hydropumpe (3), deren Fördervolumen einstellbar ist, und wenigstens einen Hydromotor (6), dessen Schluckvolumen (V_{MOTOR n
AB}) einstellbar ist, wobei der Antriebsmotor (4) die Hydropumpe (3) antreibt, und wobei die Hydropumpe (3) wiederum den wenigstens einen Hydromotor (6) antreibt, der hydrostatische Fahrantrieb (2) weiterhin umfassend eine Prozessoreinheit (11) nach Anspruch 8.
Computerprogrammprodukt (13) zur Regelung einer Abtriebsdrehzahl (n_AB) bei einem hydrostatischen Fahrantrieb (2), wobei das Computerprogrammprodukt (13), wenn es auf einer Prozessoreinheit (11) ausgeführt wird, die Prozessoreinheit (11) anweist, die Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.