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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
Erfindung betrifft eine Hydraulikantrieb-Steuerungsvorrichtung und
ein Verfahren zum Steuern eines hydraulischen Antriebssystems einer Baumaschine
wie beispielsweise eines Hydraulikbaggers.
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TECHNISCHER
HINTERGRUND
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Bei
Baumaschinen, bei denen eine Mehrzahl von Arbeitsmaschinen (beispielsweise
ein Arm, eine Schaufel, ein Ausleger, ein Drehturm und eine Fortbewegungsvorrichtung
eines Hydraulikbaggers) und Hilfsmaschinen (beispielsweise ein Kraftmaschinenkühlungsventilator)
durch Öl
angetrieben werden, das unter Druck von einer Mehrzahl von durch
eine Kraftmaschine angetriebenen Hydraulikpumpen zugeführt wird,
ist ein Verfahren zur Festlegung einer Kraftmaschinenabtriebskennlinie
(Drehzahl und Abtriebsdrehmoment) gemäß einem gewählten Arbeitsmodus, zum Steuern
des Gesamtaufnahmedrehmomentes (Produkt aus den Öldurchflussmengen pro Umdrehung
und den Öldrucken)
der mehreren Hydraulikpumpen, um die vorbestimmte Kennlinie zu erzielen,
und zum Steuern des Arbeitspunktes der Kraftmaschine auf einen Übereinstimmungspunkt des
Abtriebsdrehmomentes der Kraftmaschine und des aufgenommenen Drehmomentes
der Hydraulikpumpen bekannt (siehe beispielsweise japanische Patentanmeldung
Offenlegungs-Nr. 2-38630, Seiten 2-9, 1-7, 18-21).
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11(a) und (b) sind Kraftmaschinenabtriebskennliniendiagramme,
welche die Steuerung darstellen, die in verschiedenen Arbeitsmodi
durchgeführt
wird, die in der japanischen Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. 2-38630
beschrieben sind. Beispielsweise wird gemäß der japanischen Patentanmeldung
Offenlegungs-Nr. 2-38630, wenn ein Schweraushubmodus als Arbeitsmodus
bei einem Hydraulikbagger gewählt
ist, dann die Position des Reglerpegels der Kraftmaschine so gesteuert,
dass die maximale Kraftmaschinen-Solldrehzahl (nachfolgend als Hochleerlaufdrehzahl
bezeichnet) die maximale Drehzahl N'A wird, wie in 11(a) dargestellt, und
die Höchstdrehzahlregelungslinie
LA ist dadurch festgelegt. Außerdem
werden eine Mehrzahl von Hydraulikpumpen so gesteuert, dass eine
Aufnahme des Drehmomentes auf einer Gleichleistungskennlinie AH
erfolgt, die durch einen Maximalleistungspunkt PH hindurch auf der
Höchstdrehzahlregelungslinie
LA verläuft,
und deren Gesamtaufnahmedrehmoment wird der in der Figur dargestellten
Kennlinie A'H folgend
gesteuert. Das Abtriebsdrehmoment der Kraftmaschine und das Aufnahmedrehmoment
der Hydraulikpumpen werden auf diese Weise an einem Leistungspunkt
PH zur Übereinstimmung gebracht. Außerdem wird,
wenn beispielsweise ein leichter Aushubmodus (Sparmodus) gewählt ist,
dann eine niedrigere Drehzahlregelungslinie LB dadurch festgelegt,
dass die Hochleerlaufdrehzahl auf eine niedrigere Drehzahl N'B eingestellt wird,
wie in 11(b) dargestellt, und das
Gesamtaufnahmedrehmoment der Hydraulikpumpen wird entlang einer
eine kleinere Leistung aufweisenden Gleichleistungskennlinie AS gesteuert.
Als Ergebnis werden das Abtriebsdrehmoment der Kraftmaschine und
das Aufnahmedrehmoment der Hydraulikpumpen am Leistungspunkt P'S auf der niedrigeren
Drehzahlregelungslinie LB zur Übereinstimmung
gebracht, und die Kraftmaschine arbeitet mit der Drehzahl NB. Im
Schweraushubmodus kann, da eine große Leistung von der Kraftmaschine
abgegeben werden kann, die Arbeit in effizienter Weise ausgeführt werden.
Andererseits wird im Leichtaushubmodus, da die Abgabeleistung der Kraftmaschine
verringert wird, der Treibstoffverbrauch verringert.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Jedoch
bewegt sich bei der zuvor beschriebenen herkömmlichen Steuervorrichtung
der zuvor erwähnte Übereinstimmungspunkt
entlang der Regelungslinie, und die Drehzahl der Kraftmaschine ändert sich
der Änderung
des Abtriebsdrehmomentes folgend, das zum Antreiben der Lasten,
wie beispielsweise Arbeitsmaschinen und Hilfsmaschinen, benötigt wird.
Falls sich die Drehzahl der Kraftmaschine ändert, ändert sich der Abgabedurchsatz
der Hydraulikpumpe, die bei Baumaschinen, wie beispielsweise einem
Hydraulikbagger, durch die Kraftmaschine angetrieben wird. Daher ändert sich
die Arbeitsgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine und das Antriebsdrehmoment ändert sich
weiter. Das resultierende Problem besteht darin, dass sich die Arbeitsgeschwindigkeit
oder das Antriebsdrehmoment (beispielsweise eine Aushubkraft) der
Arbeitsmaschine, ungeachtet der Absichten der Bedienperson, während eines
in demselben Arbeitsmodus erfolgenden Arbeitens ändert, wodurch die Bedienbarkeit
beeinträchtigt
wird.
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Demgemäß ist es
ein Ziel der Erfindung, eine Steuern so durchzuführen, dass die gewünschte Arbeitsgeschwindigkeit
oder das gewünschte
Antriebsdrehmoment einer Arbeitsmaschine einer Baumaschine erzielt
wird, wobei die Arbeitsmaschine durch den hydraulischen Druck einer
durch eine Kraftmaschine angetriebenen Hydraulikpumpe angetrieben wird.
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Die
Hydraulikantrieb-Steuerungsvorrichtung gemäß der Erfindung einer Baumaschine,
die eine Kraftmaschine und eine Hydraulikpumpe für eine Arbeitsmaschine aufweist,
die durch die Kraftmaschine angetrieben wird, ist eine Vorrichtung,
die eine Operationszustandserfassungseinrichtung zum Erfassen eines
Operationszustands der Arbeitsmaschine und eine Steuerungseinrichtung
zum Empfangen eines Signals von der Operationszustandserfassungseinrichtung
und zum Steuern der Kraftmaschine und der Hydraulikpumpe für die Arbeitsmaschine aufweist.
Die Steuerungseinrichtung empfängt
das Signal von der Operationszustandserfassungseinrichtung, identifiziert
einen Operationsmodus, der bezüglich
der Arbeitsmaschine durchgeführt
wird, bestimmt eine Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie
und eine Pumpendrehmoment-Steuerungslinie, die einen gewünschten Übereinstimmungspunkt
haben, gemäß dem identifizierten
Operationsmodus so, dass unterschiedliche Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinien
und unterschiedliche Pum pendrehmoment-Steuerungslinien für unterschiedliche
Operationsmodi bezeichnet werden, steuert ein Abtriebsdrehmoment der
Kraftmaschine basierend auf der bestimmten Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie,
und steuert ein Aufnahmedrehmoment der Hydraulikpumpe für die Arbeitsmaschine
basierend auf der bestimmten Pumpendrehmoment-Steuerungslinie.
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Mit
einer derartigen Vorrichtung zum Steuern eines hydraulischen Antriebes
kann die Abtriebsdrehmoment-Steuerungslinie der Kraftmaschine und die
Drehmomentsteuerungslinie der Pumpe gemäß dem gerade ausgeführten Operationsmodus
variieren. Das Abtriebsdrehmoment der Kraftmaschine wird entlang
der Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie gesteuert,
und das Aufnahmedrehmoment der Pumpe wird entlang der Pumpendrehmoment-Steuerungslinie
gesteuert. Als Ergebnis arbeitet die Kraftmaschine an einem Übereinstimmungspunkt
der Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie und der Pumpendrehmoment-Steuerungslinie.
Durch geeignetes Festlegen der Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie
und der Pumpendrehmoment-Steuerungslinie
kann die Kraftmaschinendrehzahl oder das Abtriebsdrehmoment in gewünschter
Weise gesteuert werden, beispielsweise für eine konstante Drehzahl oder
für ein
konstantes Drehmoment.
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Bei
einem bevorzugten Modus zur Ausführung
der Erfindung bestimmt die Steuerungseinrichtung die Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie
und die Pumpendrehmoment-Steuerungslinie so, dass eine Kraftmaschinendrehzahl
an einem Übereinstimmungspunkt
von der bestimmten Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie
und der bestimmten Pumpendrehmoment-Steuerungslinie für einen beliebigen identifizierten
Operationsmodus einen im Wesentlichen konstanten vorbestimmten Wert
annimmt, wenn der identifizierte Operationsmodus einem beliebigen
von einer Mehrzahl von vorbestimmten Operationsmodi entspricht.
Als Ergebnis wird die Kraftmaschinendrehzahl auf einem im Wesentlichen
konstanten Pegel gehalten, und daher ist die Arbeitsgeschwindigkeit
der Arbeitsmaschine stabil, sogar wenn sich der Operationsmodus
zwischen einer Mehrzahl von vorbestimmten Operationsmodi ändert.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Modus zur Ausführung der Erfindung bestimmt
die Steuerungseinrichtung die Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie
und die Pumpendrehmoment-Steuerungslinie
so, dass ein Drehmoment an einem Übereinstimmungspunkt von der
bestimmten Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie und
der bestimmten Pumpendrehmoment-Steuerungslinie
für einen
beliebigen identifizierten Operationsmodus einen im Wesentlichen
konstanten vorbestimmten Wert annimmt, wenn der identifizierte Operationsmodus
einem beliebigen von einer Mehrzahl von vorbestimmten Operationsmodi
entspricht. Als Ergebnis wird das von der Kraftmaschine an die Arbeitsmaschine
abgegebene Drehmoment auf einem im Wesentlichen konstanten Pegel
gehalten, und daher ist das Antriebsdrehmoment der Arbeitsmaschine stabil,
sogar wenn sich der Operationsmodus zwischen der Mehrzahl von vorbestimmten
Operationsmodi ändert.
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Bei
noch einem weiteren bevorzugten Modus zur Ausführung der Erfindung bestimmt
die Steuerungseinrichtung eine Pumpenaufnahmeleistung gemäß dem identifizierten
Operationsmodus so, dass eine unterschiedliche Pumpenaufnahmeleistung
für unterschiedliche
Operationsmodi bezeich net ist, und steuert das Abtriebsdrehmoment
des Kraftmaschine unter Verwendung einer Gleichleistungslinie der
bestimmten Pumpenaufnahmeleistung als Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie.
Durch geeignetes Festlegen der Aufnahmeleistung der Pumpe gemäß dem Operationsmodus
kann die Arbeitsgeschwindigkeit oder das Antriebsdrehmoment der
Arbeitsmaschine stabilisiert werden, sogar wenn sich der Operationsmodus ändert.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Modus zur Ausführung der Erfindung weist die
Baumaschine weiter eine Hydraulikpumpe für eine Hilfsmaschine auf, die
durch die Kraftmaschine angetrieben wird und dazu dient, eine Hilfsmaschine
(beispielsweise einen Kraftmaschinenkühlungsventilator) der Baumaschine
anzutreiben. Die Steuerungseinrichtung bestimmt zum einen die Aufnahmeleistung
der Pumpe für
die Arbeitsmaschine, die von der Hydraulikpumpe für die Arbeitsmaschine
aufzunehmen ist, gemäß dem identifizierten
Operationsmodus so, dass für
unterschiedliche Operationsmodi eine unterschiedliche Aufnahmeleistung
der Pumpe für
die Arbeitsmaschine bestimmt wird, und erfasst zum anderen einen
vorbestimmten Zustandswert, der zu einer Operation der Hilfsmaschine
in Bezug steht, und bestimmt eine Aufnahmeleistung der Pumpe für die Hilfsmaschine,
die durch die Hydraulikpumpe für
die Hilfsmaschine aufzunehmen ist, gemäß dem erfassten Zustandswert.
Dann steuert die Steuerungseinrichtung die Kraftmaschine so, dass
die Abtriebsleistung der Kraftmaschine eine Summe aus der bestimmten
Aufnahmeleistung der Pumpe für
die Arbeitsmaschine und der bestimmten Aufnahmeleistung der Pumpe
für die
Hilfsmaschine wird. Außerdem
steuert die Steuerungseinrichtung die Hydraulikpumpe für die Arbeitsmaschine
so, dass das Aufnahmedrehmoment der Hydraulikpumpe für die Arbeitsmaschine
der vorbestimmten Pumpendrehmoment-Steuerungslinie folgt. Dann bestimmt
die Steuerungseinrichtung eine Solldrehzahl der Hilfsmaschine gemäß dem erfassten
Zustandswert und steuert den Durchsatz der Pumpe für die Hilfsmaschine
so, dass die Hilfsmaschine mit der bestimmten Solldrehzahl angetrieben
werden kann. Als Ergebnis kann eine große Leistung, die zum Antreiben
der Arbeitsmaschine benötigt
wird, der Arbeitsmaschine zugeführt
werden, und die Arbeitsgeschwindigkeit oder das Antriebsdrehmoment
der Arbeitsmaschine kann stabilisiert werden, sogar wenn die für die Arbeitsmaschine
oder eine Hilfsmaschine benötigte
Leistung vergrößert oder
verringert wird. Gemäß der Erfindung
lässt sich
die Arbeitsgeschwindigkeit oder das Antriebsdrehmoment der Arbeitsmaschine
einer Baumaschine problemlos auf einem gewünschten Wert steuern und die
Bedienbarkeit wird verbessert.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine Gerätestruktur
einer Ausführungsform
der Vorrichtung zur Steuerung eines Hydraulikantriebs gemäß der Erfindung
darstellt;
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2 zeigt
eine Ausgabekennlinie einer Kraftmaschine und einer Pumpe für eine Arbeitsmaschine,
die dazu dient, das Steuerverfahren in einem aktiven Modus zu erläutern;
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3 zeigt
Eingabedaten der Einstellungstabelle 50 und zugehörige Steuerwerte,
die bei der Steuerung im aktiven Modus verwendet werden;
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4 zeigt
eine Ausgabekennlinie einer Kraftmaschine und einer Pumpe für eine Arbeitsmaschine,
die dazu dient, das Steuerverfahren in einem Sparmodus zu erläutern;
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5 zeigt
Eingabedaten der Einstellungstabelle 50 und zugehörige Steuerwerte,
die bei der Steuerung im Sparmodus verwendet werden;
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6 ein
Ablaufdiagramm, welches die Steuerverarbeitung darstellt;
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7 erläutert das Übereinstimmungsmuster;
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8 ist
ein Ablaufdiagramm, das das Steuerungsprinzip einer Hydraulikpumpe
für einen
Kühlungsventilator
darstellt;
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9 zeigt
eine Ausgabekennlinie einer Kraftmaschine und einer Pumpe für eine Arbeitsmaschine,
die dazu dient, die Steuerung bei einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung zu erläutern;
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10 zeigt
Eingabedaten der Einstellungstabelle 50 und zugehörige Steuerwerte,
die bei der Steuerung der zweiten Ausführungsform verwendet werden;
und
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11 zeigt eine Kraftmaschinenabtriebskennlinie
zur Erläuterung
des Standes der Technik.
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BESTER MODUS
ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Ausführungsform
der Vorrichtung zum Steuern eines hydraulischen Antriebs gemäß der Erfindung
wird nachfolgend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das die Gerätestruktur
einer Ausführungsform
der Hydrauliksteuerungsvorrichtung gemäß der Erfindung darstellt. 2 ist
eine erläuternde
Zeichnung der Kraftmaschinenabtriebskennlinie und einer Pumpen-Aufnahmedrehmomentkennlinie,
welche die Funktionsweise der Hydrauliksteuerungsvorrichtung darstellt.
Zuerst wird die Gerätestruktur
mit Bezug auf die 1 und 2 erläutert. Dabei
wird die Erläuterung
mit Bezug auf einen Hydraulikbagger als Beispiel einer die Erfindung
verwendenden Baumaschine gegeben.
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Wie
in 1 dargestellt, sind eine Hydraulikpumpe 31 für eine Arbeitsmaschine
und eine Hydraulikpumpe 41 für eine Hilfsvorrichtung über eine
(nicht in der Figur dargestellte) Abtriebsverteilungsvorrichtung
mit einer Abtriebswelle einer Kraftmaschine 21 verbunden.
Das Öl,
das unter Druck von der Hydraulikpumpe 31 an eine Arbeitsmaschine
abgegeben wird, wird über
ein Richtungsumschaltventil 33 einem hydraulischen Stellantrieb
(beispielsweise einem Hydraulikzylinder oder einem Hydraulikmotor) 34 zum Antreiben
der zugehörigen
Arbeitsmaschine (beispielsweise einem Ausleger, einem Arm, einer Schaufel,
einem Drehturm oder einer Fortbewegungsvorrichtung eines Hydraulikbaggers)
zugeführt. Ein
Abgabesteuerkanal eines Steuerdruckbedienventils 35 ist
mit einem Steuerbetäti gungsabschnitt des
Richtungsumschaltventils 33 verbunden. Das Steuerdruckbedienventil 35 gibt
an das Richtungsumschaltventil 33 einen Steuerdruck aus,
der dem Betätigungsausmaß eines
(nicht in der Figur dargestellten) Bedienhebels für die Arbeitsmaschine
entspricht. Außerdem
wird die von der Hydraulikpumpe 41 unter Druck gesetzte
Steuerabgabe für
eine Hilfsvorrichtung über
ein Steuerventil 43 dem Hydraulikmotor 44 zugeführt, um
die zugehörige
Hilfsvorrichtung (beispielsweise einem Kraftmaschinenkühlungsventilator) 45 anzutreiben.
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Die
zuvor beschriebenen Hydraulikpumpen 31, 41 sind
vom Typ mit geregeltem Durchsatz, beispielsweise vom Taumelscheibendurchsatzregelungstyp.
Die Taumelscheiben der Hydraulikpumpen 31, 41 werden
durch die Taumelscheiben-Steuervorrichtungen 32 bzw. 42 angesteuert,
und diese Taumelscheiben-Steuervorrichtungen 32, 42 werden durch
eine Pumpensteuerungseinrichtung 10 gesteuert. Beispielsweise
kann ein EPC-(Elektrischer Drucksteuerungs)-Elektromagnet oder eine
Vorrichtung mit einer Struktur, die in der japanischen Patentanmeldung
Offenlegungs-Nr. 61-81587 beschrieben ist, für die Taumelscheiben-Steuervorrichtungen 32, 42 verwendet
werden. In der nachstehenden Erläuterung
wird davon ausgegangen, dass die Taumelscheiben-Steuervorrichtungen
(32, 42) EPC-Elektromagneten sind, die einen EPC-Strom
als Taumelscheibensteuersignal von der Steuerungseinrichtung 10 empfangen.
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Hier
ist in 1 lediglich eine einzige Hydraulikpumpe 31 für eine Arbeitsmaschine
dargestellt, jedoch sind tatsächlich
eine Mehrzahl von Hydraulikpumpen 31, 31, ...
für Arbeitsmaschinen
vorgesehen, um eine Mehrzahl von Arbeitsmaschinen anzutreiben (die
nicht in der Figur dargestellt sind, beispielsweise den Ausleger,
Arm, Schaufel, Drehturm und Fortbewegungsvorrichtung). Weiter sind
die Taumelscheiben-Steuervorrichtung 32, das Steuerdruck-Betätigungsventil 35,
das Richtungsumschaltventil 33 und der hydraulische Stellantrieb 34,
die zuvor beschrieben wurden, für
jede der Mehrzahl von Hydraulikpumpen 31, 31,
... für
Arbeitsmaschinen vorgesehen. In ähnlicher
Weise ist lediglich eine einzige Hydraulikpumpe 41 für eine Hilfsmaschine
in 1 dargestellt, jedoch sind tatsächlich eine
Mehrzahl von Hydraulikpumpen 41, 41, ... für Hilfsmaschinen
vorgesehen, um eine Mehrzahl von Hilfsmaschinen, wie beispielsweise
Kühlungsventilatoren 45, 45, ...
für die
Kühlung
der Kraftmaschine oder eine Klimaanlage oder spezielle Arbeitsmaschinen-Zusatzeinrichtungen
wie beispielsweise eine Rührvorrichtung vorgesehen.
Dabei können
die Hilfsmaschinen nicht nur die Kühlungsventilatoren 45, 45,
..., sondern auch Vorrichtungen anderer Typen beinhalten, jedoch
wird die nachfolgende Erläuterung
mit Bezug auf die Kühlungsventilatoren 45, 45,
... gegeben. Außerdem
sind die Taumelscheiben-Steuervorrichtung 42, das Steuerventil 43 und
der Hydraulikmotor 44, die zuvor beschrieben wurden, für jede der
Mehrzahl von Hydraulikpumpen 41, 41, ... für Ventilatoren
vorgesehen.
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Die
Pumpensteuerungseinrichtung 10 weist beispielsweise eine
einen Mikrocomputer enthaltende Computervorrichtung auf. Die Pumpensteuerungseinrichtung 10 führt eine
Informationsverarbeitung zum Steuern der Durchsatz der Hydraulikpumpen 31, 31,
... für
Arbeitsmaschinen und der Hydraulikpumpen 41, 41,
... für
Ventilatoren durch. Somit bestimmt die Pumpensteuerungseinrichtung 10 durch das
nachstehend beschriebene Verfahren die Sollwerte des Gesamtaufnahmedrehmomentes
einer Mehrzahl der zuvor erwähnten
Hydraulikpumpen 31, 31, ... für Arbeitsmaschinen. Außerdem verteilt
die Pumpensteuerungseinrichtung 10 die Sollwerte des Gesamtaufnahmedrehmomentes
auf jede Hydraulikpumpe 31 für eine Arbeitsmaschine, bestimmt
die Durchsatz einer jeden Hydraulikpumpe 31 für eine Arbeitsmaschine
so, dass jede Hydraulikpumpe 31 für eine Arbeitsmaschine das
verteilte Sollaufnahmedrehmoment aufnimmt, und gibt ein diesem Durchsatz
entsprechendes Taumelscheibensteuersignal (EPC-Strom) an jede Taumelscheiben-Steuervorrichtung 32 aus,
die einer jeder Hydraulikpumpe 31 für eine Arbeitsmaschine zugehörig ist.
Jede Taumelscheiben-Steuervorrichtung 32 steuert
den Taumelscheibenwinkel einer jeden Hydraulikpumpe 31 für eine Arbeitsmaschine
reagierend auf das von der Pumpensteuerungseinrichtung 10 kommende
Taumelscheibensteuersignal (EPC-Strom). Außerdem findet die Pumpensteuerungseinrichtung 10 durch das
nachstehend beschriebene Verfahren die jeweiligen Solldrehzahlen
der zuvor beschriebenen Mehrzahl von Ventilatoren 45, 45,
..., findet den Durchsatz einer jeden Hydraulikpumpe 41 für einen
Ventilator, und zwar basierend auf jeder Solldrehzahl, und gibt dann
ein diesem Durchsatz entsprechendes Taumelscheibensteuersignal (EPC-Strom)
an jede Taumelscheiben-Steuervorrichtung 42 aus, die einer
jeden Hydraulikpumpe 41 für einen Ventilator zugehörig ist. Jede
Taumelscheiben-Steuervorrichtung 42 steuert den
Taumelscheibenwinkel einer jeden Hydraulikpumpe 41 für einen
Ventilator reagierend auf das Taumelscheibensteuersignal (EPC-Strom)
von der Pumpensteuerungseinrichtung 10. Außerdem führt die
Pumpensteuerungseinrichtung 10 auch eine Informationsverarbeitung
zum Ausgeben eines Kraftmaschinenleistungs-Steuerbefehls an eine
Kraftmaschinensteuerungseinrichtung 20 aus, wie nachfolgend
beschrieben wird.
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Die
Kraftmaschine 21 ist mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe 22 zum
Regeln der Kraftstoffeinspritzmenge und einem Drehzahlsensor 23 zum
Erfassen der Kraftmaschinendrehzahl versehen. Die Kraftstoffeinspritzpumpe 22 wird
durch das von der Kraftmaschinensteuerung 20 kommende Einspritzmengensteuerungssignal
gesteuert. Die Kraftmaschinensteuerungseinrichtung 20 weist
beispielsweise eine einen Mikrocomputer enthaltende Computervorrichtung
auf. Die Kraftmaschinensteuerungseinrichtung 20 steuert
die Kraftstoffeinspritzmenge (Drosselklappenöffnungsgrad) der Kraftstoffeinspritzpumpe 22,
so dass die durch die Pumpensteuerungseinrichtung 10 angegebene
Kraftmaschinenleistung erzielt wird, und zwar reagierend auf den
von der Pumpensteuerungseinrichtung 10 zugeführten Kraftmaschinenleistungs-Steuerungsbefehl,
wobei dabei die Kraftmaschinendrehzahl durch eine Rückführung vom
Drehzahlsensor 23 überwacht
wird. Durch die Kraftstoffeinspritzmengensteuerung der Kraftmaschinensteuerungseinrichtung 20 wird
die Abtriebsleistung (Drehzahl multipliziert mit Abtriebsdrehmoment)
der Kraftmaschine 21 so gesteuert, dass sie der Gleichleistungskennlinie
folgt, die der Gesamtleistung entspricht, die für alle durch die Kraftmaschine 21 angetriebenen
Hydraulikpumpen 31, 31, ..., 41, 41,
... benötigt
wird.
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Die
Ausgangsgröße einer
Arbeitsmaschinen-Betriebszustandserfassungseinrichtung 11,
welche den Betriebszustand einer Arbeitsmaschine, wie beispielsweise
des Auslegers, des Arms, der Schaufel und des Drehturms erfasst,
wird der Pumpensteuerungseinrichtung 10 zugeführt. Die
Arbeitsmaschinen-Betriebszustandserfassungseinrichtung 11 weist beispielsweise
einen Druckschalter auf, der angeschaltet ist, wenn ein Druck, der
gleich groß oder
größer als
der vorbestimmte Druck ist, einem Abgabesteuerkanal eines jeden
Steuerdruck-Betätigungsventils 35 für jede Arbeitsmaschine
zugeführt
wird. Basierend auf dem AN-/AUS-Zustand des Druckschalters bestimmt
die Pumpensteuerungseinrichtung 10, ob eine jeweilige Arbeitsmaschine
in Betrieb ist oder nicht. Alternativ weist die Arbeitsmaschinen-Betriebszustandserfassungseinrichtung 11 einen
Drucksensor zum Erfassen des Steuerdrucks des Abgabesteuerkanals
des Steuerdruckbedienventils 35 auf, und die Pumpensteuerungseinrichtung 10 kann überprüfen, ob
der erfasste Druck des Drucksensors höher ist als der vorbestimmte
Druck, oder nicht, und kann bestimmen, dass die Arbeitsmaschine
momentan in Betrieb ist, wenn der erfasste Druck gleich groß oder größer als
der vorbestimmte Druck ist. Basierend auf dem Signal der Arbeitsmaschinen-Betriebszustandserfassungseinrichtung 11 identifiziert
die Pumpensteuerungseinrichtung 10 den Operationstyp (beispielsweise
Operation des Drehturms, Auslegeranhebeoperation und Aushuboperation),
der momentan von einer jeweiligen Arbeitsmaschine durchgeführt wird.
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Außerdem wird
die Ausgangsgröße einer Fortbewegungsoperationszustands-Erfassungseinrichtung 12 zum
Erfassen des Operationszustands der Fortbewegungsvorrichtung aller
Arbeitsmaschinen ebenfalls der Pumpensteuerungseinrichtung 10 zugeführt. Die
Fortbewegungsoperationszustands-Erfassungseinrichtung 12 weist
beispielsweise einen Druckschalter oder einen Drucksensor auf, der
der zuvor beschriebenen Einheit ähnlich
ist und mit dem Abgabesteuerkanal des Steuerdruckbedienventils 35 für die Fortbewegungsmaschine
verbunden ist, und die Pumpensteuerungseinrichtung 10 kann
bestimmen, dass die Fortbewegungsmaschine momentan in Betrieb ist,
wenn der Steuerdruck für die
Fortbewegungsoperation gleich groß oder größer als der vorbestimmte Druck
ist. Basierend auf dem Signal von der Fortbewegungsoperationszustands-Erfassungseinrichtung 12 identifiziert
die Pumpensteuerungseinrichtung 10 den Operationstyp (beispielsweise
ob das Fahrzeug nach vorn oder nach hinten fährt, und welches das Geschwindigkeitsniveau
ist), der momentan bezogen auf die Fortbewegungsvorrichtung durchgeführt wird.
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Außerdem ist
ein Kraftmaschinenwasser-Temperatursensor 13 an einem (nicht
in der Figur dargestellten) Kühlwasserkanal
der Kraftmaschine 21 angebracht. Ein Öltemperatursensor 14 ist
an einem (nicht in der Figur dargestellten) Ablaufkanal der Hydraulikpumpe 31 angebracht.
Ein Außenlufttemperatursensor 15 ist
in einem Kanal für
Kühlluft
angeordnet, die von einem Ventilator 25 zur Kraftmaschinenkühlung der
Kraftmaschine 21 oder einem (nicht in der Figur dargestellten)
Kühler
zugeführt
wird. Die Erfassungssignale dieser Sensoren 13, 14, 15 werden
auch der Pumpensteuerungseinrichtung 10 zugeführt.
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Außerdem ist
eine Arbeitsmoduswähleinrichtung 16,
beispielsweise ein Schalter, welcher der Bedienperson ermöglicht,
einen Arbeitsmodus (Arbeitsprogramm oder Durchführungstyp) auszuwählen, an
einer (nicht in der Figur dargestellten) Bedienkonsole im Inneren
der Führerkabine
eines Hydraulikbaggers vorgesehen. In der nachfolgenden Erläuterung
geht man beispielsweise von zwei Typen von Arbeitsmodi aus: einem
aktiven Modus und einem Sparmodus. Der Unterschied zwischen dem
aktiven Modus und dem Sparmodus besteht darin, dass die maximale
Leistung, die von der Kraftmaschine 21 abgegeben werden
kann, unterschiedlich ist. Wie später noch beschrieben wird,
wird im aktiven Modus die Kraftmaschine 21 so gesteuert,
dass eine Abgabe einer größeren Leistung
als beim Sparmodus ermöglicht
wird. Der aktive Modus ist geeignet, um in effizienter Weise eine
Arbeit wie beispielsweise eine Aushubarbeit und eine Ladungshandhabung
durchzuführen,
hingegen ist der Sparmodus zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs
geeignet. Die Ausgangsgröße der Arbeitsmoduswähleinrichtung 16 wird
der Pumpensteuerungseinrichtung 10 zugeführt, und
die Pumpensteuerungseinrichtung 10 erkennt, ob der aktive
Modus oder der Sparmodus aus gewählt
wurde.
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Die
Pumpensteuerungseinrichtung 10 weist eine nicht-flüchtige Speichervorrichtung 17 auf,
in der eine Einstellungstabelle 50 gespeichert ist, in
der eine Vielzahl von Dateneinstellungen beschrieben sind, wobei
diese Einstellungen zum Steuern der Leistung der Kraftmaschine 21 und
des Durchsatzes der Hydraulikpumpen 31, 31, ...41, 41,
... verwendet werden. Wie später
noch detaillierter beschrieben wird, identifiziert die Pumpensteuerungseinrichtung 10 den
aktuell gewählten
Arbeitsmodus (mit anderen Worten, aktiver Modus oder Sparmodus)
und den Typ der Operation, der momentan bezüglich des Auslegers, des Arms,
der Schaufel, des Drehturms und der Fortbewegungsvorrichtung durchgeführt wird (beispielsweise
welche von der Drehturmoperation, der Auslegeranhebeoperation und
der Aushuboperation im Moment durchgeführt wird), und zwar basierend
auf den Eingangssignalen von der Arbeitsmaschinenoperations-Erfassungseinrichtung 11,
der Fortbewegungsoperations-Erfassungseinrichtung 12 und
der Arbeitsmoduswähleinrichtung 16.
Weiter berechnet die Pumpensteuerungseinrichtung 10 die Gesamtleistung
(die Gesamtleistung, die durch die Hydraulikpumpen 31, 31,
... für
Arbeitsmaschinen aufzunehmen ist), die den Hydraulikpumpen 31, 31, ...
für Arbeitsmaschinen
zugeführt
werden muss, und zwar mit Bezug auf die Einstellungstabelle 50 gemäß dem identifizierten
Arbeitsmodus und Operationstyp. Somit sind Definitionsdaten einer
Mehrzahl von Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinien (beispielsweise
T1, T2, T3, T4 und T5 wie dargestellt in 2 und 4),
die verschiedenen Kombinationen (jede Kombination wird nachfolgend
als "Operationsmodus" bezeichnet) von
Arbeitsmodi und Operationstypen zugehörig sind, in die Einstellungstabelle 50 eingegeben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
handelt es sich beispielhaft bei den Definitionsdaten der Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinien
um Daten, welche eine Mehrzahl von Leistungswerten angeben (beispielsweise
P1, P2, P3, P4 und P5, wie dargestellt in 2 und in 4). Mit
anderen Worten ist jede Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie
als Gleichleistungslinie des zugehörigen Leistungswertes definiert.
Ein einziger Leistungswert, der zu dem aktuellen Arbeitsmodus und
Operationstyp gehört,
wird durch die Pumpensteuerungseinrichtung 10 als Gesamtaufnahmeleistung
der Hydraulikpumpen 31, 31, ... für Arbeitsmaschinen
aus diesen Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinien, d.
h. Leistungswerten, ausgewählt.
Außerdem
berechnet die Pumpensteuerungseinrichtung 10 die Gesamtleistung
(Gesamtleistung, die durch die Hydraulikpumpen 41, 41,
... für Kühlungsventilatoren
aufzunehmen ist), die den Hydraulikpumpen 41, 41,
... für
die Kühlungsventilatoren
im Moment zuzuführen
ist, und zwar basierend auf den von den zuvor beschriebenen Temperatursensoren 13, 14, 15 stammenden
Eingangssignalen. Die Pumpensteuerungseinrichtung 10 berechnet dann
die Abtriebssollleistung der Kraftmaschine 21 durch Aufaddieren
der berechneten Gesamtaufnahmeleistung der Hydraulikpumpen 31, 31,
... für
die Arbeitsmaschinen und die Gesamtaufnahmeleistung der Hydraulikpumpen 41, 41,
... für
die Kühlungsventilatoren,
erzeugt einen Leistungssteuerungsbefehl, der die Abtriebsleistung
der Kraftmaschine 21 auf die Abtriebssollleistung steuert,
und gibt diesen Befehl an die Kraftmaschinensteuerungseinrichtung 20 aus. Die
Kraftmaschinensteuerungseinrichtung 20 steuert die Kraftstoffeinspritzmenge
der Kraftmaschine 21 in einer im Wesentlichen stufenlosen,
d. h. kontinuierlichen Weise, reagierend auf den Leistungssteuerungsbefehl.
Als Ergebnis gibt die Kraftmaschine 21 die der zuvor erwähnten Abtriebssollleistung
entsprechende Leistung ab.
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Weiter
bestimmt die Pumpensteuerungseinrichtung 10 eine einzige
Pumpendrehmoment-Steuerungslinie zum Steuern des Gesamtaufnahmedrehmomentes
der Hydraulikpumpen 31, 31, ... für die Arbeitsmaschinen
mit Bezug auf die Einstellungstabelle 50 gemäß dem identifizierten
Operationsmodus (Kombination aus Arbeitsmodus und Operationstyp). Somit
sind Definitionsdaten einer Mehrzahl von Pumpendrehmoment-Steuerungslinien
(beispielsweise M1, M2, M3, M4, M5 und M6, wie dargestellt in 2 und 4),
die einer jeweiligen von einer Vielzahl von Operationsmodi zugehörig sind,
in die Einstellungstabelle 50 eingegeben, und eine einzige
Pumpendrehmoment-Steuerungslinie,
die dem aktuellen Operationsmodus entspricht, wird durch die Pumpensteuerungseinrichtung 10 unter
diesen Pumpendrehmoment-Steuerungslinien ausgewählt. Die Pumpensteuerungseinrichtung 10 bestimmt
dann den Sollwert des Gesamtaufnahmedrehmomentes der Hydraulikpumpen 31, 31,
... für
die Arbeitsmaschinen, und zwar entsprechend der Kraftmaschinendrehzahl
oder weiteren Faktoren gemäß der gewählten Pumpendrehmoment-Steuerungslinie,
und verteilt diesen Gesamtwert des Gesamtaufnahmedrehmomentes an
eine Mehrzahl von Hydraulikpumpen 31, 31, ...
für die
Arbeitsmaschinen, wodurch der Sollwert des Aufnahmedrehmomentes
einer jeden Hydraulikpumpe 31 für eine Arbeitsmaschine bestimmt wird.
Eine Verteilung gemäß dem jeweiligen
Durchschnittsöldruck
der Hydraulikpumpen 31, 31, ... für die Arbeitsmaschinen
oder eine Verteilung anhand dem für jede Pumpe vorbestimmten
Verteilungsverhältnis
kann als Verteilungsmodus verwendet werden. Die Pumpensteuerungseinrichtung 10 steuert den
Durchsatz (Taumelscheibenwinkel) einer jeden Hydraulikpumpe 31 für eine Arbeitsmaschine
so, dass jede Hydraulikpumpe 31 für eine Arbeitsmaschine den
verteilten Sollwert des Aufnahmedrehmomentes aufnimmt.
-
Außerdem bestimmt
die Pumpensteuerungseinrichtung 10 die Solldrehzahl eines
jeden Kühlungsventilators 45 basierend
auf den von den zuvor beschriebenen Temperatursensoren 13, 14, 15 kommenden
Eingangssignalen und berechnet den Solldurchsatz einer jeder Hydraulikpumpe 41 für die Kühlungsventilatoren,
um jeden Kühlungsventilator 45 mit
dieser Solldrehzahl gemäß der aktuellen
Kraftmaschinendrehzahl anzutreiben. Außerdem steuert die Pumpensteuerungseinrichtung 10 den
Durchsatz (Taumelscheibenwinkel) einer jeden Hydraulikpumpe 41 für einen
Kühlungsventilator
so, dass der Solldurchsatz angenommen wird.
-
Bei
einer derartigen Steuerung wird die Kraftmaschine 21 in
der Nähe
des Punktes gestartet, bei dem das Abtriebsdrehmoment der Kraftmaschine 21 und
das Gesamtaufnahmedrehmoment aller Hydraulikpumpen 31, 31,
..., 41, 41, ... miteinander übereinstimmen. Von der Abtriebsleistung
der Kraftmaschine 21 in der Nähe dieses Übereinstimmungspunktes wird
der Anteil, der den Hydraulikpumpen 41, 41, ... für die Kühlungsventilatoren
zugeführt
wird, auf einen Wert gesteuert, der im Wesentlichen gleich groß wie die
Gesamtaufnahmeleistung der hydraulischen Ventilatoren 41, 41,
... für
die Kühlungsventilatoren
ist, die wie zuvor beschrieben berechnet wurde. Andererseits stimmt
der Anteil der Abtriebsleistung der Kraftmaschine 21 in
der Nähe
des Übereinstimmungspunktes,
welcher den Hydraulikpumpen 31, 31, ... für die Arbeitsmaschinen
zugeführt
wird, fast mit dem Leistungswert überein, welcher der Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinie
entspricht, die aus der Einstellungstabelle 50 gemäß dem aktuellen Operationsmodus
ausgewählt
wurde. Weiter wird das Gesamtaufnahmedrehmoment der Hydraulikpumpen 31, 31,
... für
die Arbeitsmaschinen so gesteuert, dass es der Pumpendrehmoment-Steuerungslinie
folgt, die aus der Einstellungstabelle 50 entsprechend
dem aktuellen Operationsmodus ausgewählt wurde. Daher ist der Übereinstimmungs punkt
am Schnittpunkt der Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinie und der
Pumpendrehmoment-Steuerungslinie
positioniert, die aus der Einstellungstabelle 50 ausgewählt wurden.
Dabei sind die zuvor erwähnte
Mehrzahl von Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinien und Pumpendrehmoment-Steuerungslinien,
die in die Einstellungstabelle 50 eingegeben sind, so festgelegt,
dass in demselben Arbeitsmodus, sogar wenn die Operationsmodi unterschiedlich
sind, die sich in einem Punkt von im Wesentlichen gleicher Kraftmaschinendrehzahl überkreuzen
und übereinstimmen.
Als Ergebnis kann, sofern derselbe Arbeitsmodus gewählt ist,
die Kraftmaschine 21 fortlaufend bei im Wesentlichen der
gleichen Drehzahl arbeiten, sogar wenn die Bedienperson unterschiedliche
Operationen bezüglich
der Arbeitsmaschine durchführt, oder
sogar wenn sich die Solldrehzahl der Kühlungsventilatoren 45, 45,
... gemäß einer
Temperaturänderung ändert.
-
Das
zuvor beschriebene Steuerverfahren wird nachfolgend detaillierter
mit Bezug auf die 2-5 erläutert.
-
Wie
zuvor beschrieben, geht man von zwei Typen von Arbeitsmodi aus,
d. h. einem aktiven Modus für
eine schwere Belastung und einem Sparmodus für eine leichte Belastung. 2 zeigt
eine Ausgabekennlinie der Kraftmaschine und der Pumpen für eine Arbeitsmaschine,
wobei diese Kennlinie dazu dient, das Steuerverfahren im aktiven
Modus zu erläutern. 3 zeigt
die Eingabedaten der Einstellungstabelle 50 und der dazugehörigen Steuerwerte, die
im aktiven Modus von der Steuerung verwendet werden. 4 zeigt
eine Ausgabekennlinie der Kraftmaschine und der Pumpe für eine Arbeitsmaschine, wobei
diese Kennlinie dazu dient, das Steuerverfahren im Sparmodus zu
erläutern. 5 zeigt
die Eingabedaten der Einstellungstabelle 50 und die dazugehörigen Steuerwerte,
die im Sparmodus von der Steuerung verwendet werden.
-
Zuerst
wird die Steuerung im aktiven Modus mit Bezug auf die 2 und 3 erläutert.
-
Im
aktiven Modus, wie dargestellt in der linken Spalte in 3,
sind die Operationstypen, die mit Bezug auf die Arbeitsmaschine
durchgeführt
werden können,
beispielsweise in vier Typen von Operationsmodi A1-A4 unterteilt,
und diese Operationsmodi A1-A4 unterscheiden sich in Abhängigkeit
von der Leistung, die der Hydraulikpumpe 31 für eine Arbeitsmaschine
zuzuführen
ist. In 3 ist der in der obersten Zeile
dargestellte Operationsmodus A1 ein Operationsmodus, bei dem der
Hydraulikpumpe 31 für
eine Arbeitsmaschine die größte Leistung
zugeführt
werden muss, und die Leistung, die der Hydraulikpumpe 31 für eine Arbeitsmaschine
zuzuführen
ist, nimmt sukzessive mit dem Übergang
auf die Operationsmodi der unteren Zeilen ab, und am niedrigsten ist
die zuzuführende
Leistung bei dem in der untersten Zeile dargestellten Operationsmodus
A4. Die Pumpensteuerungseinrichtung 10 beurteilt, welche der
Operationsmodi A1-A4 aktuell gewählt
ist, und zwar basierend auf den Erfassungssignalen der Arbeitsmaschinenoperations-Erfassungseinrichtung 11 und
der Fortbewegungsoperations-Erfassungseinrichtung 12, die
in 1 dargestellt sind.
-
Wie
in 3 dargestellt, gehören unterschiedliche Pumpendrehmoment-Steuerungslinien (Kennlinien,
denen vom Gesamtaufnahmedrehmoment der Pumpen 31, 31,
... für
eine Arbeitsmaschine zu folgen ist) M1-M4 und unterschiedliche Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinien
T0-T3 jeweils zu unterschiedlichen Operationsmodi A1-A4 und sind
in die Einstellungstabelle 50 eingegeben. Diese Pumpendrehmoment-Steuerungslinien
M1-M4 und Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinien T0-T3 sind beispielsweise
derart beschaffen, wie in 2 dargestellt.
-
Wie
in 2 dargestellt, sind die Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinien
T0-T3 dadurch bestimmt, dass angenommen wird, dass die jeweiligen
Kraftmaschinenabtriebsdrehmomente abnehmende Funktionen der Kraftmaschinendrehzahl
sind. Beispielsweise handelt es sich bei der vorliegenden Ausführungsform
bei diesen Linien um Gleichleistungslinien, die jeweils den unterschiedlichen
Leistungswerten P0-P3 entsprechen. Dabei ist der Leistungswert P0 äquivalent
zur maximalen Leistung, die von der Kraftmaschine 21 ausgegeben
werden kann. In der Einstellungstabelle 50 können die
Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinien T0-T3 beispielsweise anhand
des Prozentsatzes der jeder Linie zugehörigen Leistung P0-P3 zur maximalen
Abtriebsleistung P0 der Kraftmaschine bestimmt werden, d. h. T0
ist 100 %, T1 – 90
%, T2 – 80
% und T3 – 70
%. Andererseits ist bei jeder Pumpendrehmoment-Steuerungslinie M1-M4
das Kraftmaschinendrehmoment eine abnehmende Funktion der Kraftmaschinendrehzahl,
so dass eine Herstellung einer Übereinstimmung
zu jeder Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinie T0-T3 erleichtert
wird. Es sei ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass im Arbeitspunkt, in dem sich die Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinien
T0-T3 und die den jeweiligen Operationsmodi entsprechenden Pumpendrehmoment-Steuerungslinien
M1-M4 schneiden (mit anderen Worten, übereinstimmen), die Kraftmaschinendrehzahl
(Übereinstimmungsdrehzahl)
für jeden
beliebigen Operationsmodus A1-A4 den gleichen Wert N1 hat. Durch
Ausführen der
zuvor beschriebenen Steuerung unter Verwendung der Kombinationen
der Pumpendrehmoment-Steuerungslinien M1-M4 und der Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinien
T0-T3, die wie zuvor beschrieben festgelegt sind, wird eine im Wesentlichen
konstante Drehzahl der Kraftmaschine 21 im Bereich nahe
bei der Übereinstimmungsdrehzahl
N1 beibehalten, sogar wenn der Operationsmodus umgeschaltet wird.
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Wenn
beispielsweise der Operationsmodus A1 ausgeführt wird (wenn beispielsweise
die Drehturmoperation und die Auslegeranhebeoperation gleichzeitig
ausgeführt
werden und eine große
Kraftmaschinenabtriebsleistung benötigt wird), werden die Pumpendrehmoment-Steuerungslinie
M2 und die Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinie T1 aus der in 3 dargestellten
Einstellungstabelle 50 ausgewählt. Die ausgewählte Pumpendrehmoment-Steuerungslinie
M2 bezeichnet eine Kennlinie, der vom Gesamtaufnahmedrehmoment der
Hydraulikpumpen 31, 31, ... für die Arbeitsmaschinen zu folgen
ist. Die gewählte
Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinie T1 bezeichnet den Gesamtwert
des Drehmomentes (mit anderen Worten, den Gesamtwert des zum Antreiben
aller Arbeitsmaschinen erforderlichen Drehmomentes), das von den
Pumpen 31, 31, ... für die Arbeitsmaschinen aufzunehmen
ist. Außerdem
wird zusätzlich
zu dem zum Antreiben der Arbeitsmaschinen benötigten Drehmoment ein Zusatzdrehmoment zum
Antreiben der Hilfsmaschinen, wie beispielsweise der Kühlungsventilatoren 45, 45,
..., benötigt.
Dabei wird die Leistung ∑Lf
zum Antreiben der Hilfsmaschine basierend auf der aktuellen Betätigungsöltemperatur
und der Kraftmaschinenwassertemperatur berechnet (dabei bedeutet ∑Lf die Gesamtleistung, die
durch Aufaddieren der Leistungen Lf1, Lf2, ... erhalten wird, die
von einer Mehrzahl von Kühlungsventilatoren 45, 45,
... benötigt
wird). Weiter werden, wie in der rechten Spalte von 3 dargestellt,
die Kraftmaschinenabtriebsleistung P1 am in 2 dargestellten Übereinstimmungspunkt
A'2 (mit anderen Worten,
eine Kraftmaschi nenabtriebsleistung zum Antreiben der Arbeitsmaschine)
und die berechnete Kraftmaschinenabtriebsleistung ∑Lf zum Antreiben der
Hilfsmaschine aufaddiert, und die auf diese Weise erhaltene Summe
P1 + ∑Lf
wird als Sollwert der Kraftmaschinenabtriebsleistung festgelegt.
Die Steuerung der Abtriebsleistung der Kraftmaschine 21 wird so
ausgeführt,
dass die tatsächliche
Abtriebsleistung der Kraftmaschine 21 mit dem Sollwert
P1 + ∑Lf übereinstimmt.
Gleichzeitig wird der jeweilige Durchsatz (Taumelscheibenwinkel
der Hydraulikpumpen 31, 31, ...) für die Arbeitsmaschinen
gemäß der Kraftmaschinendrehzahl
und weiteren Faktoren so gesteuert, dass das Gesamtaufnahmedrehmoment
der Pumpen 31, 31, ... für die Kraftmaschinen der zuvor erwähnten ausgewählten Pumpendrehmoment-Steuerungslinie
M1 folgt. Außerdem
wird gleichzeitig der Durchsatz (Taumelscheibenwinkel der Hydraulikpumpen 41, 41,
...) für
die Kühlungsventilatoren
so gesteuert, dass die Kühlungsventilatoren 45, 45,
... mit einer Solldrehzahl angetrieben werden, die der aktuellen
Betriebsöltemperatur,
der Kraftmaschinenwassertemperatur oder der Außenlufttemperatur entspricht.
Als Ergebnis arbeitet, wenn ein Operationsmodus A2 ausgeführt wird,
wie dargestellt in 2, die Kraftmaschine 21 in
der Nähe
des Arbeitspunktes A'2,
bei dem die Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinie T1 zum Antreiben
der Arbeitsmaschine und die Pumpendrehmoment-Steuerungslinie M2
miteinander übereinstimmen.
Daher ergibt sich eine Drehzahl der Kraftmaschine 21 in
der Nähe
der Übereinstimmungsdrehzahl
N1.
-
Dabei
ist, wie in 3 dargestellt, beim Operationsmodus
A2, wenn die Leistung ∑Lf
zum Antreiben der Hilfsmaschine gleich groß oder größer als der Sollwert Ls ist,
(mit anderen Worten, die Summe P1 + ∑Lf die maximal abgebbare Leistung
P0 übersteigt),
der Sollwert der Kraftmaschinenabtriebsleistung auf die maximale
Leistung P0 festgelegt, und zwar ungeachtet der Leistung ∑Lf zum Antreiben
der Hilfsmaschine.
-
Außerdem werden,
wenn ein Operationsmodus A3 ausgeführt wird (wenn beispielsweise
die Dreh- und die
Armaushuboperation gleichzeitig durchgeführt werden und eine mittlere
Leistung benötigt
wird), eine Pumpendrehmoment-Steuerungslinie M3 und eine Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinie
T2 aus der in 3 dargestellten Einstellungstabelle 50 ausgewählt. Dabei
wird, in gleicher Weise wie zuvor beschrieben, die Abtriebsleistung der
Kraftmaschine 21 am Übereinstimmungspunkt
so gesteuert, dass sie den Sollwert P2 + ∑Lf annimmt, und gleichzeitig
wird das Gesamtaufnahmedrehmoment der Hydraulikpumpen 31, 31,
... für
die Arbeitsmaschinen so gesteuert, dass es der Pumpendrehmoment-Steuerungslinie
M2 folgt. Weiter wird der Durchsatz der Hydraulikpumpen 41, 41,
... für
die Kühlungsventilatoren
in ähnlicher
Weise gesteuert. Als Ergebnis arbeitet die Kraftmaschine 21 in
der Nähe
des in 2 dargestellten Übereinstimmungspunktes, und
daher ist die Drehzahl der Kraftmaschine 21 nahe der zuvor
erwähnten Übereinstimmungsdrehzahl
N1.
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Wenn
der Operationsmodus A4 ausgeführt wird
(wenn das ausreichende Kraftmaschinen-Antriebsdrehmoment geringer
ist als der zuvor beschriebene Wert), werden eine Pumpendrehmoment-Steuerungslinie M4
und eine Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie T3 aus
der in 3 dargestellten Einstellungstabelle 50 gewählt. Die
Steuerung wird dann in gleicher Weise wie zuvor beschrieben ausgeführt, die
Kraftmaschine 21 arbeitet in der Nähe eines in 2 dargestellten Übereinstimmungspunktes
A'4, und die Drehzahl
der Kraftmaschine 21 erreicht somit einen Wert nahe der Übereinstimmungsdrehzahl
N1.
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Wie
zuvor beschrieben wird, sogar wenn der Operationsmodus geändert wird,
die Drehzahl der Kraftmaschine 21 auf einem im Wesentlichen
konstanten Pegel in der Nähe
der in 3 dargestellten Übereinstimmungsdrehzahl N1
gehalten. Weiter kann, sogar wenn sich die Leistung ∑Lf für eine Hilfsmaschine ändert, die
Drehzahl der Kraftmaschine 21 weiterhin auf einem im Wesentlichen
konstanten Pegel in der Nähe
der Übereinstimmungsdrehzahl
N1 gehalten werden.
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Die
Steuerung im Sparmodus wird nachfolgend mit Bezug auf 4 und 5 erläutert.
-
Wie
in 5 dargestellt, sind im Sparmodus die Operationstypen
der Arbeitsmaschinen beispielsweise in zwei Operationsmodi E1, E2
unterteilt. Diese Operationsmodi E1, E2 unterscheiden sich durch
die Leistung zum Antrieb der Arbeitsmaschine, und die Leistung zum
Antreiben der Arbeitsmaschine im Operationsmodus E2 ist geringer
als die im Operationsmodus E1. Unterschiedliche Pumpendrehmoment-Steuerungslinien
M5, M6 und unterschiedliche Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinien
T4, T5 sind in die Einstellungstabelle 50 für die Operationsmodi
E1 bzw. E2 eingegeben. Dabei sind die Pumpendrehmoment-Steuerungslinien
M5, M6 für
den Sparmodus beispielsweise wie in 4 dargestellt,
und dessen Kennlinien sind identisch oder nahe denen der Pumpendrehmoment-Steuerungslinien
M1, M2 für
den in 2 dargestellten aktiven Modus. Außerdem sind
die Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinien T4, T5 für den Sparmodus
beispielsweise wie dargestellt in 4, und dessen
Kennlinien sind identisch oder nahe denen der Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinien
T2, T3 für
den in 2 dargestellten aktiven Modus. Beispielsweise
sind in der vorliegenden Ausführungsform
die Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinien T4, T5 Gleichleistungslinien,
die den Leistungswerten P4, P5 entsprechen.
-
Hier
sei angemerkt, dass, wie in 4 dargestellt,
die Kraftmaschinendrehzahl in Übereinstimmungspunkten
E'1, E'2, an denen sich
die Pumpendrehmoment-Steuerungslinien M5, M6 und die Kraftmaschinenabtriebsdrehzahlsteuerungslinien T4,
T5 schneiden, konstant auf der Drehzahl N6 liegt. Diese Übereinstimmungsdrehzahl
N6 ist um den vorbestimmten Wert (beispielsweise ca. 100 U/min) niedriger
als die Übereinstimmungsdrehzahl
N1 in dem in 2 dargestellten aktiven Modus.
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Wenn
einer der Operationsmodi E1, E2 des Sparmodus ausgeführt wird,
wird die Steuerung mittels des gleichen Verfahrens ausgeführt, wie
es verwendet würde,
wenn einer der Operationsmodi A1-A4
des zuvor beschriebenen aktiven Modus ausgeführt würde. Als Ergebnis arbeitet
im Operationsmodus E1 die Kraftmaschine 21 in der Nähe des in 4 dargestellten Übereinstimmungspunktes
E'1, und im Operationsmodus
E2 arbeitet die Kraftmaschine in der Nähe des in 4 dargestellten Übereinstimmungspunktes
E'2. Daher wird,
sogar wenn der Operationsmodus zwischen den Operationsmodi E1, E2
umgeschaltet wird, und sogar wenn sich die Leistung ∑Lf zum Antreiben
einer Hilfsmaschine ändert,
die Drehzahl der Kraftmaschine 21 auf einem im Wesentlichen
konstanten Pegel in der Nähe
der zuvor erwähnten Übereinstimmungsdrehzahl
N6 gehalten.
-
Nun
wird ein Verfahren zum Berechnen der Kraftmaschinenabtriebsleistung
zum Antreiben der Hilfsmaschinen, wie beispielsweise der zuvor beschriebenen
Kühlungsventilatoren 45, 45,
... beschrieben. Ein Ventilator 45 zur Kraftmaschinenkühlung wird
anhand eines Beispiels erläutert.
In der Pumpensteuerungseinrichtung 10 wird die zum Kühlen der
Kraftmaschine 21 benötigte
Solldrehzahl des Kühlungsventilators 45 basierend
auf der aktuellen Kraftmaschinenwassertemperatur, der Betriebsöltemperatur,
der Außenlufttemperatur
und der Kraftmaschinendrehzahl berechnet, die durch den Kraftmaschinenwasser-Temperatursensor 13,
den Öltemperatursensor 14,
den Außenlufttemperatursensor 15 und
den Drehzahlsensor 23 erfasst werden, die in 1 dargestellt
sind. Ein spezielles Verfahren zum Berechnen der Solldrehzahl wird
nachfolgend mit Bezug auf 8 erläutert. Die
Leistung Lf, die dem Kühlungsventilator 45 zuzuführen ist,
wird aus der Solldrehzahl beispielsweise durch das Berechnungsverfahren "Lf = pfan·qfan/450/ηt/ηv/0,98" gefunden. Bei dieser
Berechnungsformel ist pfan ein Öldruck,
der dem Hydraulikmotor 44 für den Kühlungsventilator 45 zuzuführen ist,
qfan ist ein Durchsatz der Hydraulikpumpe 41 für den Kühlungsventilator,
der der Solldrehzahl entspricht, ηt ist ein Drehmomentwirkungsgrad,
und ηv
ist ein Durchsatzwirkungsgrad. Die benötigte Leistung Lf wird ebenfalls
mittels des gleichen Verfahrens, mit Bezug auf die anderen Hilfsmaschinen
(beispielsweise einen Kühlungsventilator
oder eine Klimaanlage) außer
dem Ventilator 45 zum Kühlen
der Kraftmaschine berechnet. Die benötigte Leistung Lf aller Hilfsmaschinen,
die auf diese Weise berechnet wurde, wird aufaddiert, und die Gesamtleistung ∑Lf zum Antreiben
der Hilfsmaschinen wird gefunden. Anstelle der zuvor beschriebenen
Berechnungen wird eine Verweistabelle, welche die Korrelation der
Kraftmaschinenwassertemperatur, der Betriebsöltemperatur, der Außenlufttemperatur
und der Kraftmaschinendrehzahl zum Ventilatordurchsatz und der Ventilatordrehzahl
definiert, oder eine Verweistabelle, welche die Korrelation der
Ventilatordrehzahl zur Ventilatorantriebsleistung definiert, vorab
in der in 1 dargestellten Speichervorrichtung 17 gespeichert,
und die Ventilatorantriebsleistung, die der aktuellen Betriebsöltemperatur
sowie Wassertemperatur entspricht, kann durch Bezugnahme auf diese
Verweistabellen gefunden werden.
-
Die
zuvor beschriebene Steuerung wird ausgeführt, wenn sich die Kraftmaschine 21 nicht
im überhitzten
Zustand befindet (dieser Zustand wird dadurch beurteilt, dass überprüft wird,
ob die vom Öltemperatursensor 14 erfasste
Temperatur die vorbestimmte Temperatur T0 überschreitet). Wenn die Kraftmaschine 21 sich
in überhitztem
Zustand befindet, kann eine allgemein bekannte andere Steuerung ausgeführt werden.
-
6 ist
eine Verarbeitungsprozedur der zuvor beschriebenen Steuerung, die
von der Pumpensteuerungseinrichtung 10 und der Kraftmaschinensteuerungseinrichtung 20 ausgeführt wird.
-
Wie
in 6 dargestellt, ruft bei Schritt S1 die Pumpensteuerungseinrichtung 10 Signale
aus der Arbeitsmoduswähleinrichtung 16,
der Arbeitsmaschinenoperationszustands-Erfassungseinrichtung 11 und
der Fortbewegungsoperationszustands-Erfassungseinrichtung 12 ab
und identifiziert, welcher Arbeitsmodus aktuell gewählt ist
und welcher Operationstyp aktuell in einer Arbeitsmaschine wie beispielsweise
einer Schaufel, einem Arm, einem Ausleger, einem Drehturm und einer
Fortbewegungseinheit ausgeführt
wird. Dann wird bei Schritt S2 bestimmt, welcher Operationsmodus
(von A1-A8, E1-E5,
wie dargestellt in 3 und 5) dem gewählten Arbeitsmodus
und Operationstyp entspricht. Wenn der bestimmte Operationsmodus
ein beliebiger von den Operationsmodi A1-A4, E1-E2 ist, wird eine Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie
(eine beliebige von T0-T5,
wie dargestellt in 3 und 5) und eine
Pumpendrehmoment-Steuerungslinie (eine belie bige von M1-M6, wie dargestellt
in 3 und 5) entsprechend dem Operationsmodus
aus der Einstellungstabelle 50 ausgewählt.
-
Weiter
werden die Schritte S3-S5 parallel zu den Schritten S1-S2 ausgeführt. Bei
Schritt S3 ruft die Pumpensteuerungseinrichtung 10 Signale
vom Kraftmaschinenwasser-Temperatursensor 13, dem Öltemperatursensor 14,
dem Außenlufttemperatursensor 15 und
dem Drehzahlsensor 23 ab und erfasst die Kraftmaschinenwassertemperatur,
die Betriebsöltemperatur,
die Außenlufttemperatur
und die Kraftmaschinendrehzahl. Die Drehzahl eines jeden Kühlungsventilators 45 wird
danach basierend auf diesen erfassten Werten bei Schritt S4 festgelegt. Kurz
gesagt, wird die Arbeitsdrehzahl oder die Leistung einer jeden Hilfsmaschine
festgelegt. Dann wird bei Schritt S5 die Gesamtaufnahmeleistung ∑Lf aller Hydraulikpumpen 41, 41,
... für
die Kühlungsventilatoren
durch das bereits zuvor erläuterte
Verfahren gefunden, und zwar basierend auf der festgelegten Solldrehzahl
(d. h. der Arbeitsdrehzahl oder der Leistung aller Hilfsmaschinen)
aller Kühlungsventilatoren 45, 45,
... .
-
Dann
wird bei Schritt S6 die Abtriebssollleistung der Kraftmaschine 21 durch
Aufaddieren der Kraftmaschinenabtriebsleistung (eine beliebige von P0-P5)
entsprechend der Kraftmaschinenabtriebsdrehzahlsteuerungslinie (eine
beliebige von T0-T5), die bei Schritt S2 festgelegt wurde, und die
Gesamtaufnahmeleistung ∑Lf
der Hydraulikpumpen 41, 41, ... für die Kühlungsventilatoren,
die bei Schritt S5 festgelegt wurde, festgelegt, und ein Leistungssteuerungsbefehl,
welcher der festgelegten Abtriebssollleistung entspricht, wird der
Kraftmaschinensteuerungseinrichtung 20 zugeführt. Die
Kraftmaschinensteuerungseinrichtung 20 steuert die Kraftmaschine 21 auf
der Gleichleistungslinie der Abtriebssollleistung dadurch an, dass
sie die Kraftstoffeinspritzmenge der Kraftmaschine 21 gemäß dem Leistungssteuerungsverfahren
steuert.
-
Bei
Schritt S7 wird das Gesamtaufnahmedrehmoment der Hydraulikpumpen 31, 31,
... für
die Arbeitsmaschinen entsprechend der Kraftmaschinendrehzahl auf
der Pumpendrehzahlsteuerungslinie (eine beliebige von M1-M6) gesteuert,
die bei Schritt S2 ausgewählt
wurde. Für
das Verfahren zur Steuerung des Durchsatzes (Taumelscheibenwinkel)
der Hydraulikpumpe 31 für
eine Arbeitsmaschine, um das Gesamtaufnahmedrehmoment der Hydraulikpumpen 31, 31,
... für
die Arbeitsmaschinen auf eine einzige gewählte, Pumpendrehmoment-Steuerungslinie
zu steuern, kann zu diesem Zweck ein allgemein bekanntes Verfahren
verwendet werden. Somit wird der Sollwert des Gesamtaufnahmedrehmomentes der
Hydraulikpumpen 31, 31, ... für die Arbeitsmaschinen gemäß der Kraftmaschinendrehzahl
und weiteren Faktoren auf die gewählte Pumpendrehmoment-Steuerungslinie
festgelegt, der Sollwert des Gesamtaufnahmedrehmomentwertes wird
auf jede der Hydraulikpumpen 31, 31, ... für die Arbeitsmaschinen
verteilt, und dann wird der Durchsatz (Taumelscheibenwinkel) einer
jeden Hydraulikpumpe 31 für eine Arbeitsmaschine gemäß dem Öldruck einer jeden
Hydraulikpumpe 31 für
eine Arbeitsmaschine oder einem anderen Faktor gesteuert, so dass
das Aufnahmedrehmoment einer jeden Hydraulikpumpe 31 für eine Arbeitsmaschine
den Sollwert des dieser zugeteilten Aufnahmedrehmomentes erreicht.
-
Weiter
wird in Schritt S8 der Solldurchsatz einer jeden Hydraulikpumpe 41 für einen
Kühlungsventilator
gemäß der Kraftmaschinendrehzahl
berechnet, und der Durchsatz (Taumelscheibenwinkel) einer jeden
Hydraulikpumpe 41 für
einen Kühlungsventilator
wird zum Erreichen des berechneten Durchsatzes so gesteuert, dass
jeder Kühlungsventilator 45 mit der
bei Schritt S3 bestimmten Solldrehzahl angetrieben wird (mit anderen
Worten so, dass jede Hilfsmaschine mit einer bei Schritt S3 bestimmten
Arbeitsdrehzahl oder -leistung betrieben wird). Eine Leistung, die
im Wesentlichen gleich dem in Schritt S5 gefundenen berechneten
Wert ∑Lf
ist, wird somit durch alle Hydraulikpumpen für die Kühlungsventilatoren (Hydraulikpumpen
für Hilfsmaschinen) 41, 41, ...
aufgenommen. Daher wird eine Leistung, die durch Subtrahieren dieser
Gesamtaufnahmeleistung (≈ ∑Lf) von der
Abtriebsleistung der Kraftmaschine 21 erhalten wird, d.
h. eine Leistung, die im Wesentlichen gleich der Aufnahmeleistung
ist, die bei Schritt S2 aus der Einstellungstabelle 50 ausgewählt wurde, den
Hydraulikpumpen 31, 31, ... für die Arbeitsmaschine zugeführt.
-
Ein
auf der zuvor beschriebenen Steuerung basierendes Übereinstimmungsmuster
wird in 7 erläutert.
-
Beispielsweise
sei der Fall angenommen, bei dem A2 der aktuelle Operationsmodus
ist. In diesem Fall sind die Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie
T1 (beispielsweise eine mit dem Leistungswert P1 übereinstimmende
Gleichleistungslinie) und die dem Operationsmodus A2 entsprechende
Pumpendrehmoment-Steuerungslinie M2 ausgewählt. Die berechnete Gesamtaufnahmeleistung ∑Lf der Hydraulikpumpen 41, 41,
... für
die Kühlungsventilatoren
wird zu dem Leistungswert P1 am Übereinstimmungspunkt
A'2 der zwei Linien
T1 und M2 hinzuaddiert, und die Abtriebssollleistung P1 + ∑Lf wird gefunden.
Die Kraftmaschine 21 wird so gesteuert, dass sie auf der
Gleichleistungslinie arbeitet, die der in 7 dargestellten
Abtriebssollleistung P1 + ∑Lf
entspricht. Weiter werden die Hydraulikpumpen 41, 41,
... für
die Kühlungsventilatoren
so betrieben, dass sie insgesamt die Leistung ∑Lf aufnehmen. Daher wird die
Leistung ∑Lf,
die ein Anteil der Abtriebsleistung P1 + ∑Lf der Kraftmaschine 21 am Übereinstimmungspunkt
A'2 ist, von den
Hydraulikpumpen 41, 41, ... für die Kühlungsventilatoren aufgenommen,
und die verbleibende Leistung P1 wird den Arbeitspumpen 31, 31,
... zugeführt.
Daher wird mit Bezug auf die Arbeitspumpen 31, 31,
..., die Kraftmaschine 21 auf der in 7 dargestellten
Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie T1 (der Leistung
P1 entsprechende Gleichleistungslinie) betrieben. Weiter wird das
Gesamtaufnahmedrehmoment der Arbeitspumpen 31, 31,
... auf der Drehmoment-Steuerungslinie M2 gesteuert. Als Ergebnis
arbeitet die Kraftmaschine 21 stabil auf dem Übereinstimmungspunkt
A'2, in dem sich
die Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie T1 und die Drehmoment-Steuerungslinie
M2 schneiden.
-
Im
aktiven Modus, wie dargestellt in 2, sind
die Übereinstimmungspunkte
A'1-A'4, die den Operationsmodi
A1-A4 entsprechen, an Positionen mit der gleichen Kraftmaschinendrehzahl
N1 gewählt.
Im Sparmodus, wie dargestellt in 4, sind die Übereinstimmungspunkte
E'1-E'2, die den Operationsmodi
E1-E2 entsprechen, an den Positionen mit der gleichen Kraftmaschinendrehzahl
N6 gewählt.
Daher arbeitet, sogar wenn der Operationstyp der Arbeitsmaschine
zwischen den Operationsmodi A1-A4 des aktiven Modus wechselt, oder
sogar wenn er zwischen den Operationsmodi E1 und E2 des Sparmodus
wechselt, die Kraftmaschine 21 dauernd mit im Wesentlichen
konstanter Drehzahl. Da Außerdem
die Abtriebssollleistung der Kraftmaschine 21 den berechneten
Gesamtleistungswert ∑Lf
enthält, der
zum Antreiben der Kühlungsventilatoren 45, 45, ..
benötigt wird,
arbeitet die Kraftmaschine 21, sogar wenn die zum Antreiben
der Kühlungsventilatoren 45, 45,
... benötigte
Leistung zunimmt, weiterhin bei einer im Wesentlichen konstanten
Drehzahl. Als Ergebnis kann eine gute Bedienbarkeit erzielt werden.
-
8 zeigt
ein spezielles Beispiel einer Steuerungsverarbeitung des Durchsatzes
der zuvor beschriebenen Hydraulikpumpen 41, 41,
... für
die Kühlungsventilatoren.
-
Der
in 8 dargestellte Schritt S11 entspricht den in 6 dargestellten
Schritten S3-S4. Bei diesem wird die Solldrehzahl der Hydraulikpumpe 41 für einen
Kühlungsventilator
bestimmt. Daher sind die in 8 dargestellten
Verweistabellen 60 und 62 in der Pumpensteuerungseinrichtung 10 gespeichert.
Die bevorzugte Ventilatordrehzahl ist in der Verweistabelle 60 entsprechend
der Kraftmaschinenwassertemperatur, der Betriebsöltemperatur und der Außenlufttemperatur
definiert. Andererseits ist die bevorzugte Ventilatordrehzahl in
der Verweistabelle 62 entsprechend der Kraftmaschinendrehzahl definiert.
Die Ventilatordrehzahl ist in beiden Verweistabellen 60, 62 vollständig auf
der sicheren Seite festgelegt. Bei Schritt S11 werden die bevorzugten Ventilatordrehzahlen,
die jeder von der aktuellen Kraftmaschinenwassertemperatur, der
Betriebsöltemperatur
und der Außenlufttemperatur
entsprechen, aus der Verweistabelle 60 ausgelesen, die
bevorzugte Ventilatordrehzahl, die der aktuellen Kraftmaschinendrehzahl
entspricht, wird aus der Verweistabelle 62 ausgelesen,
und die niedrigste von diesen ausgelesenen Ventilatordrehzahlen
wird als Solldrehzahl des Ventilators 45 festgelegt.
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Dann
wird bei Schritt S12 der Durchsatz qfan einer jeden Hydraulikpumpe 41 für einen
Kühlungsventilator
entsprechend der Solldrehzahl eines jeden Kühlungsventilators 45 gemäß der aktuellen
Kraftmaschinendrehzahl 64 berechnet. Diese Berechnung erfolgt
beispielsweise mittels der folgenden Formel. (Ventilatormotordurchsatz × (Ventilatorsolldrehzahl)/(Ventilatormotordurchsatzeffizienz)
= (Kraftmaschinendrehzahl) × (Durchsatz
qfan einer Hydraulikpumpe für
Kühlungsventilator) × (Pumpenwellenuntersetzungsverhältnis) × (Pumpendurchsatzeffizienz)
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Dann
wird bei Schritt S13 der Taumelscheibenwinkel einer jeden Hydraulikpumpe 41 für einen Kühlungsventilator
so gesteuert, dass der Durchsatz einer jeden Hydraulikpumpe 41 für einen
Kühlungsventilator
zum jeweiligen berechneten Durchsatz qfan wird. Daher ist eine Verweistabelle 64,
die die Beziehung zwischen dem Durchsatz qfan und dem EPC-Strom
(Taumelscheibensteuersignal)-Wert definiert, beispielsweise wie
dargestellt in 8, in der Pumpensteuerungseinrichtung 10 gespeichert,
der EPC-Strom-(Taumelscheibensteuersignal)-Wert, der einem jeweiligen
berechneten Durchsatz qfan entspricht, wird aus der Verweistabelle 64 ausgelesen, und
jeder ausgelesene Wert des EPC-Strom-(Taumelscheibensteuersignal)-Wertes
wird einer jeweiligen Taumelscheiben-Steuerungsvorrichtung (EPC-Elektromagnet) 42,
der jeder Hydraulikpumpe 41 für einen Kühlungsventilator zugehörig ist,
zugeführt.
Als Ergebnis wird der Durchsatz einer jeden Hydraulikpumpe 41 für einen
Kühlungsventilator
auf einem jeweiligen berechneten Durchsatz qfan gesteuert.
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Nachfolgend
wird die zweite Ausführungsform
der Vorrichtung zum Steuern eines Hydraulikantriebs gemäß der Erfindung
erläutert.
Die Gerätestruktur
der Steuervorrichtung dieser Ausführungsform ist im Wesentlichen
identisch zu der in 1 dargestellten Struktur. 9 zeigt
eine Ausgabekennlinie der Kraftmaschine und einer Hydraulikpumpe
von einer Arbeitsmaschine, die das Steuerungsverfahren dieser Ausführungsform
illustriert. 10 zeigt die Eingabedaten der
Einstellungstabelle 50 und die dazugehörigen Steuerwerte, die zur
Steuerung bei dieser Ausführungsform
verwendet werden.
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In
der vorhergehenden Ausführungsform wurde
die Steuerung derart ausgeführt,
dass die Drehzahl der Kraftmaschine 21 im Wesentlichen
konstant gehalten wurde, und zwar ungeachtet der Schwankung der
von der Last, wie beispielsweise einer Arbeitsmaschine oder einer
Hilfsmaschine, benötigten
Leistung. Im Gegensatz dazu wird, wenn beispielsweise eine Erdbodenschiebeoperation
mit einem Bulldozer oder einem Hydraulikbagger durchgeführt wird,
eine bessere Beibehaltung einer stabilen Erdbodenabschiebekraft,
und daher eine gute Bedienbarkeit erzielt, wenn anstelle einer konstanten Drehzahl
ein konstantes Drehmoment ausgegeben wird. Die Steuerung der vorliegenden
Ausführungsform
folgt diesem Lösungsansatz.
Daher werden, wie in 8 dargestellt, die Kraftmaschine 21 und
die Hydraulikpumpen 31, 31, ..., 41, 41,
... so gesteuert, dass das Abtriebsdrehmoment, das der Arbeitsmaschine
von der Kraftmaschine 21 zugeführt wird, auf einem konstanten
Wert T0 gehalten wird, sogar wenn die für die Arbeitsmaschine oder
Hilfsmaschine benötigte
Leistung zunimmt oder abnimmt.
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Wie
in 10 dargestellt, können die Operationstypen der
Arbeitsmaschine beispielsweise in drei Typen von Operationsmodi
B1, B2, B3 unterteilt werden, die sich im Wert der Arbeitsmaschinenantriebsleistung
unterscheiden. Der Operationsmodus B1 entspricht einem Operationstyp,
der die höchste Leistung
erfordert (beispielsweise eine Erdbodenschiebearbeit, die bei einem
hohen Gang des Getriebes der Fortbewegungseinrichtung durchgeführt wird).
Der nächste
Operationsmodus B2 entspricht einem mittlere Leistung erfordernden
Operationstyp (beispielsweise der Erdbodenschiebearbeit, die mit einem
mittleren Gang durchgeführt
wird), und der letzte Operationsmodus B3 entspricht dem Operationstyp,
der die geringste Leistung erfordert (beispielsweise der Erdbodenschiebearbeit,
die in einem niedrigen Gang durchgeführt wird). Unterschiedliche Pumpendrehmoment-Steuerungslinien
M11, M12, M13 und unterschiedliche Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinien
T11, T12, T13 sind in die Einstellungstabelle 50 eingegeben,
so dass sie jeweiligen Operationsmodi B1, B2 und B3 zugehörig sind.
Spezielle Pumpendrehmoment-Steuerungslinien M11, M12, M13 und Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinien
T11, T12, T13 sind in 9 dargestellt. Beispielsweise
sind in der vorliegenden Ausführungsform
die Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinien T11, T12, T13 Gleichleistungslinien,
die den Leistungswerten P11, P12, P13 entsprechen. Die Pumpendrehmoment-Steuerungslinien
M11, M12, M13 sind dadurch definiert, dass das Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment
als zunehmende Funktion der Kraftmaschinendrehzahl betrachtet wird,
so dass die Herstellung einer Übereinstimmung
mit den Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinien T11, T12, T13 erleichtert
wird. Es sei angemerkt, dass das Abtriebsdrehmoment an den Übereinstimmungspunkten
einer jeweiligen Pumpendrehmoment-Steuerungslinie M11, M12, M13
und den Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinien T11, T12, T13 auf
einen konstanten Wert T0 festgelegt ist.
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Nachfolgend
wird die Steuerungssequenz der vorliegenden Ausführungsform erläutert.
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Basierend
auf den Signalen von der Arbeitsmoduswähleinrichtung 16 der
Arbeitsmaschinenoperations-Erfassungseinrichtung 11 und
der Fortbewegungsoperations-Erfassungseinrichtung 12 beurteilt die
Pumpensteuerungseinrichtung 10, welcher der zuvor beschriebenen
Operationsmodi B1, B2, B3 ausgeführt
wird. Die Pumpendrehmoment-Steuerungslinie M11, M12 oder M13 und
die Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinien T11, T12 oder T13 (beispielsweise
der Leistungswert P11, P12 oder P13) werden entsprechend dem identifizierten
Operationsmodus aus der Einstellungstabelle 50 ausgewählt. Die
Gesamtaufnahmeleistung ∑Lf
der Hydraulikpumpen 41, 41, ... für die Kühlungsventilatoren wird
aus der Betriebsöltemperatur,
der Kraftmaschinenwassertemperatur, der Außenlufttemperatur und der Kraftmaschinendrehzahl
in gleicher Weise wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform
berechnet. Die auf diese Weise berechnete Gesamtaufnahmeleistung ∑Lf der Hydraulikpumpen 41, 41,
... für
die Kühlungsventilatoren
wird zum Leistungswert P11, P12 oder P13 am Übereinstimmungspunkt der gewählten Pumpendrehmoment-Steuerungslinie M11,
M12 oder M13 und der Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinien T11,
T12 oder T13 hinzuaddiert, und die Abtriebssollleistung der Kraftmaschine 21 wird
gefunden. Der Leistungssteuerungsbefehl, welcher der Abtriebssollleistung
entspricht, wird der Kraftmaschinensteuerungseinrichtung 20 zugeführt, und
die Kraftmaschinensteuerungseinrichtung 20 steuert die
Kraftstoffeinspritzmenge der Kraftmaschine 21. Als Ergebnis
wird die Kraftmaschine 21 auf einer der Abtriebssollleistung
entsprechenden Gleichleistungslinie betrieben. Gleichzeitig wird
das Gesamtaufnahmedrehmoment der Hydraulikpumpen 31, 31,
... für
die Arbeitsmaschinen entsprechend der Kraftmaschinendrehzahl auf
der gewählten
Pumpendrehmoment-Steuerungslinie M11, M12 oder M13 gesteuert. Außerdem werden
die Hydraulikpumpen 41, 41, ... für die Kühlungsventilatoren
mittels des gleichen Verfahrens wie bei der vorhergehenden Ausführungsform
gesteuert. Als Ergebnis wird die Kraftmaschine 21 in der
Nähe der Übereinstimmungspunkte
B'1, B'2 oder B'3 der gewählten Kraftmaschinenabtriebsdrehmomentlinien
T11, T12 oder T13 und der gewählten
Pumpendrehmoment-Steuerungslinien M11, M12 oder M13 betrieben. Daher
wird eine Beibehaltung des Abtriebsdrehmomentes des der Arbeitsmaschine
zugeführten
Abtriebsdrehmoment der Kraftmaschine 21 ohne bedeutende
Schwankungen in der Nähe
des Übereinstimmungsdrehmomentwertes
T0 erzielt, sogar wenn der Operationstyp zwischen den Operationsmodi
B1, B2, B3 wechselt und sogar wenn sich die Aufnahmeleistung der
Hydraulikpumpen 41, 41, ... für die Kühlungsventilatoren ändert.
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Im
Vorhergehenden wurden die Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben, jedoch sind diese Ausführungsformen
lediglich Beispiele, die dazu dienen, die Erfindung zu illustrieren,
und es versteht sich, dass der Schutzumfang der Erfindung nicht
auf diese Ausführungsformen
eingeschränkt
ist. Die Erfindung kann in einer Vielzahl von anderen Formen realisiert
sein, ohne dass von ihren Hauptmerkmalen abgewichen wird.
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Beispielsweise
wurde bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform jede Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie
als eine einer gewissen Leistung entsprechende Gleichleistungslinie
definiert, jedoch ist dies nicht immer erforderlich. Eine Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie kann
auch als eine solche Kennlinie definiert sein, dass sich die Kraftmaschinenabtriebsleistung
in Abhängigkeit
von der Kraftmaschinendrehzahl ändert.
In jedem Fall kann die Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinie
und die Pumpendrehmoment-Steuerungslinie so definiert sein, dass
die gewünschte
Kennlinie gewährleistet
wird, beispielsweise derart, dass die Kraftmaschinendrehzahl oder
das Abtriebsdrehmoment an den Übereinstimmungspunkten
der Kraftmaschinenabtriebsdrehmoment-Steuerungslinien und der Pumpendrehmoment-Steuerungslinien,
die den unterschiedlichen Operationsmodi entsprechen, ungeachtet
des Operationsmodus konstant sind.
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Außerdem entsprachen
bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
der Operationsmodus jeweils einer Vielzahl von Kombinationen aus
Arbeitsmodi und Operationstypen, jedoch ist dies nicht immer erforderlich.
Der Operationsmodus kann einfach verschiedenen Operationstypen entsprechen.
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Außerdem wurde
bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
eine Hydraulikpumpe vom Taumelscheibensystem und vom Typ mit veränderlichem
Durchsatz verwendet, jedoch ist die Erfindung auch auf Hydraulikpumpen
vom Typ mit veränderlichem
Durchsatz und einem anderen System als dem Taumelscheibensystem
anwendbar.
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Außerdem wurden
bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
die Pumpendrehmoment-Steuerungslinie
und die Kraftmaschinenabtriebsleistungssteuerungslinie basierend
auf den Einstellungsdaten festgelegt, die vorab in der Speicherungsvorrichtung
gespeichert wurden, jedoch können auch
andere Verfahren verwendet werden, beispielsweise ein Verfahren
zum Aufruf einer Berechnungsfunktion.
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Die
Hilfsmaschinen können
nicht nur Kühlungsventilatoren
beinhalten, sondern auch Vorrichtungen anderen Typs, beispielsweise
Generatoren oder gewisse Arbeitsmaschinenzusatzgeräte.
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ZUSAMMENFASSUNG:
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VORRICHTUNG UND VERFAHREN
ZUM STEUERN EINES HYDRAULISCHEN ANTRIEBS EINER BAUMASCHINE
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Bei
einer Baumaschine wird eine Steuerung ausgeführt, damit eine Arbeitsmaschine,
ungeachtet ihrer Operation, dauernd mit konstanter Geschwindigkeit
arbeitet. Unterschiedliche Kraftmaschinenabtriebslinien T0-T3 und
Pumpendrehmomentlinien M1-M4 sind für unterschiedliche Operationstypen
definiert. Alle Übereinstimmungspunkte
der Kraftmaschinenabtriebslinien T0-T4 und Pumpendrehmomentlinien
M1-M4 bezeichnen eine konstante Kraftmaschinendrehzahl N1. Eine
einzige Kraftmaschinenabtriebslinie und eine einzige Pumpendrehmomentlinie
werden gemäß dem aktuell
gewählten Operationstyp
ausgewählt.
Eine Abtriebsleistung der Kraftmaschine wird auf eine Gleichleistungslinie
gesteuert, die einer Summe aus einer Leistung für eine Hilfsmaschine und einer
Leistung bei einem Übereinstimmungspunkt
der gewählten
Linien entspricht. Das Pumpendrehmoment für die Arbeitsmaschine wird
auf der gewählten
Pumpendrehmomentlinie gesteuert. Die Kraftmaschine arbeitet bei
konstanter Drehzahl N1, sogar wenn sich der Operationstyp ändert oder
sich die Leistung für
die Hilfsmaschine ändert.