DE3739387A1

DE3739387A1 - Antriebssystem

Info

Publication number: DE3739387A1
Application number: DE19873739387
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Wuesthof; Michael Dipl Ing Robohm
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1987-11-20
Filing date: 1987-11-20
Publication date: 1989-06-01

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem gemäß dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.

Dabei ist von einem bekannten Antriebssystem ausgegangen (P 33 02 546), bei dem die Verstelleinrichtung der Primär einheit durch einen Druckregler derart erfolgt, daß in einer die Primäreinheit mit der Sekundäreinheit verbinden den Leitung ein eingeprägter Druck aufrecht erhalten wird. Ein an einem Fahr- oder Bremspedal eingestelltes Signal wird als Sollwert für den Schwenkwinkel der Sekundärein heit zugeführt. Die Sekundäreinheit gibt ein der Einstel lung entsprechendes Drehmoment ab bzw. nimmt auf und die Drehzahl wird von der Größe der angekuppelten Last bestimmt. Für die Sekundäreinheit kann ein Drehmomentregel kreis bzw. ein Drehzahlregelkreis vorgesehen sein.

Bei wechselnden Abtriebsmomenten und Drehzahlen eines Antriebes, insbesondere bei einem Fahrzeug, ist es wün schenswert, daß die antreibende Brennkraftmaschine in einem optimalen Wirkungsgradbereich operiert. Zur Steige rung des Wirkungsgrades eines solchen Antriebes ist es bekannt (P 34 09 566), mehrere Schaltstufen durch Zu- und Abschalten einzelner Primär und Sekundäreinheiten zu er möglichen und eine hydraulische Leistungsspeicherung vor zusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebs system für ein Fahrzeug so auszubilden, daß mit geringst möglichem Aufwand die Regelung der Sekundär- sowie der Primäreinheiten optimiert wird.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale für die Regelung der Sekundäreinheit und des Patentanspruchs 8 für die Primäreinheit gelöst.

Erfindungsgemäß ist für die Sekundäreinheit eine Leistungs regelung vorgesehen, die abhängig ist von einem willkürlich eingestellten Leistungssignal als Sollwert, dem Systemdruck und der an der Sekundäreinheit gemessenen Drehzahl. Aus diesen Werten wird in einer Rechenschaltung der Sollwert für den Schwenkwinkel der Sekundäreinheit errechnet. Der Sollwert wird in einer nachgeschalteten Begrenzerschaltung auf den maximal möglichen Schwenkwinkel begrenzt, der in einer Rechenschaltung ermittelt wird, der als Eingangsgrößen die gemessene Drehzahl der Sekundäreinheit, der eingeprägte Druck sowie eine maximale Leistung zugeführt wird, die aus einem Speicher entnommen wird, in dem ein Kennlinienfeld gespeichert ist, das für die jeweilige Istdrehzahl der Primäreinheit die maximale Leistung angibt. Der auf diese Weise begrenzte Sollwert für den Schwenkwinkel wird dann einem Drehmomentregelkreis der Sekundäreinheit zugeführt.

Erfindungsgemäß wird somit eine Überlastung der Brennkraft maschine verhindert. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn bei einer Erhöhung der Leistung die entsprechende Drehzahl erhöhung der Brennkraftmaschine zu spät erfolgt oder aber das beispielsweise die maximale Drehzahl der Brennkraft maschine bereits erreicht ist. Um die Begrenzung nicht stärker als nötig wirken zu lassen, wird die Leistungsauf nahme der Sekundäreinheiten etwas größer als die maximale Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine gewählt. Die Begren zung wird somit oberhalb der theoretischen Leistung einge stellt. Übersteigt die Leistungsaufnahme der sekundären Einheiten die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine, so wird sich der Systemdruck verringern. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird dann die Differenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert des Systemdrucks zur Verringerung des Sollwerts für den Schwenkwinkel der Sekundäreinheit verwendet.

Zur Optimierung der Primäreinheit, nämlich der Drehzahl der antreibenden Brennkraftmaschine wird erfindungsgemäß aus einem das Kennlinienfeld der Brennkraftmaschine beinhalten den Speicher die optimale Drehzahl für eine bestimmte Leistung entnommen. Vorzugsweise ist für die Brennkraftmaschine ein Drehzahlregelkreis vorgesehen, dem die optimale Drehzahl als Sollwert sowie der Drehzahlist wert der primären Einheit zugeführt werden. Es wird somit die Brennkraftmaschine auf die optimale Drehzahl für die jeweils abgegebene Leistung eingeregelt. Die optimale Drehzahl aus dem Speicher kann verbrauchsoptimal sein, oder optimal bezüglich Schadstoffentwicklung oder Geräusche usw.

Die Eingangsgröße für den Kennlinienfeldspeicher kann ent weder unmittelbar ein an einem Fahrpedal gewähltes Leistungs signal, also ein Sollwert sein, ist jedoch vorzugsweise ein Istwert, der in einer Rechenschaltung aus dem Schwenkwinkel und der Drehzahl der Primäreinheit sowie aus dem Systemdruck errechnet wird.

Mit der Verknüpfung der Regelungen für die Brennkraftmaschi ne und die Sekundäreinheit läßt sich der Wandlungsbereich des hydrostatischen Getriebes mit Sekundärregelung ver größern, indem die Leistung der Brennkraftmaschine sowie gegebenenfalls auch der Primäreinheit geringer gewählt wird als die maximale Leistungsaufnahme der Sekundäreinheiten. Dies ist insbesondere für Fahrantriebe von wesentlicher Bedeutung, um den Wirkungsgrad zu steigern und den Fahr antrieb in einem optimalen Wirkungsgradbereich zu fahren. Durch die erfindungsgemäße Regelung wird eine Überlastung der Brennkraftmaschine vermieden. Erfindungsgemäß sind mehrere Regelungen überlagert.

Um den geforderten Wandlungsbereich abzudecken, müssen die Sekundäreinheiten relativ groß gegenüber der Primäreinheit ausgeführt werden. Dies führt bei hohen Drehzahlen zu klei nen Schwenkwinkeln der Sekundäreinheiten und damit zu un günstigen Wirkungsgraden. Der Wirkungsgrad wird verbessert, wenn abhängig von der Drehzahl der Sekundäreinheiten der Systemdruck abgesenkt wird. Dies erfolgt über eine elek trische Ansteuerung der Druckregelung der Primäreinheit.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an hand der Zeichnung näher erläutert, in der eine schemati sche Darstellung eines hydrostatischen Getriebes und des Regelsystems gezeigt ist.

Eine Brennkraftmaschine 1 reibt eine verstellbare hydro statische Maschine 2 an, deren Schwenkwinkel α zur Ein stellung ihres Förder- bzw. Schluckvolumens mittels einer Verstelleinrichtung einstellbar ist, die von einer Druck regelung 3 ansteuerbar ist. Die Druckregelung ist von einer drehzahlabhängigen Druckregelung 4 überlagert. Als Pumpe arbeitend fördert die Maschine 2 Arbeitsmittel in einen Leitungsstrang 6, an den eine verstellbare hydrostatische Maschine 8 als Sekun däreinheit angeschlossen ist, deren Schwenkwinkel α eben falls von einer Verstelleinrichtung 9 eingestellt wird und eine nicht dargestellte Last antreibt.

Durch die Druckregelung 3 der Maschine 2 wird in dem Lei tungsstrang 6 ein eingeprägter Druck als Systemdruck auf recht erhalten. Das Schluckvolumen der Sekundäreinheit 8 bestimmt das von ihr gelieferte Drehmoment. Je nach der Größe der angetriebenen Last stellt sich eine zugehörige Drehzahl n ₂ ein, die von einem Tachogenerator 10 gemessen wird.

Mittels eines nicht dargestellten Fahrpedals wird an einem nicht dargestellten Potentiometer eine Spannung abgegriffen, die als Sollwert für die Leistung der Sekundäreinheit 8 auf der Signalleitung 12 ansteht. In einer Rechenschaltung 14 wird aus den Eingangsgrößen für die Leistung P sowie aus dem Systemdruck p und der im Tachogenerator gemessenen Dreh zahl n ₂ der Sekundäreinheit 8 nach folgender Gleichung der Schwenkwinkel α ₂ für die Sekundäreinheit 8 errechnet

wobei V _max das maximale Schluckvolumen der Sekundäreinheit 8 ist. Der Systemdruck p wird in einem an die Leitung 6 angeschlossenen Druckaufnehmer gemessen.

In einer Begrenzerschaltung 16 wird der Schwenkwinkel α ₂ auf den maximal möglichen Winkel begrenzt. Hierzu ist eine weitere Rechenschaltung 18 und ein Speicher 20 an die Begrenzerschaltung 16 angeschlossen. In dem Speicher 20 sind für jede Drehzahl n ₁ der Brennkraftmaschine 1 der zugehörige Wert für die bei dieser Drehzahl maximale Leistung der Brennkraftmaschine gespeichert. Die Drehzahl n ₁ wird von einem Tachogenerator 21 gemessen und ist die Eingangsgröße für den Speicher 20. Die Ausgangsgröße P _max wird zusammen mit dem Systemdruck p und der Drehzahl n ₂ der Sekundäreinheit Rechenschaltung 18 eingespeist, die den Schwenkwinkel α ₂ auf den maximal möglichen Wert α _max begrenzt, wobei die Werte nach folgender Beziehung mitein ander verknüpft werden

Es wird somit der vom Fahrpedal vorgegebene Leistungswert so begrenzt, daß die maximale Leistung nicht überschritten wird. Reicht die maximale Leistung der Brennkraftmaschine nicht aus, weil die Leistungsaufnahme der Sekundäreinheit die maximale Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine über steigt, so sinkt der Systemdruck in der Leitung 6 ab. In einem Vergleichsglied 24 wird die Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert des Systemdruckes ermittelt und gelangt über ein Anpaßglied 25 zu einer Summierstufe 26, in der der Schwenkwinkel α ₂ für die Sekundäreinheit 8 weiter verringert wird. Es wird somit das Fahrsignal unter voller Ausnutzung der Leistung der Brennkraftmaschine ver kleinert.

Der Sollwert für den Systemdruck kann abhängig von der Dreh zahl n ₂ der Sekundäreinheit verringert werden. Hierzu ist ein Steuerglied 28 vorgesehen, dem als Eingangsgröße die Drehzahl der Sekundäreinheit 8 zugeführt wird. Bei hohen Drehzahlen, bei denen die Maschine 8 mit kleinen Schwenk winkeln und damit ungünstigem Wirkungsgrad gefahren wird, spricht die Steuerung 28 an und verringert den Sollwert für den Systemdruck. Bei verringertem Systemdruck schwenkt die Einheit 8 in den Bereich größerer Schwenkwinkel aus und gelangt damit in einen besseren Wirkungsgradbereich. Die Absenkung des Sollwertes für den Systemdruck kann in Stufen oder stufenlos erfolgen.

Das Sollwertsignal für den Systemdruck bewirkt einc entspre chende Verstellung der Druckregelung 3 der Primäreinheit 2. Der von der Regelung 3 einzustellende Druck wird somit elek trisch eingestellt. Die Verstellung der Primäreinheit 2 er folgt hydraulisch in bekannter Weise. Um eine Überlastung der Brennkraftmaschine zu vermeiden ist der Druckregelung 3 zusätzlich eine drehzahlabhängige Regelung 4 überlagert. Aus der Zeichnung ist die Kennlinie ersichtlich, wonach der Systemdruck verringert wird, wenn die Brennkraftma schine 1 zu stark gedrückt wird.

Der Sollwert für den Schwenkwinkel α ₂ wird schließlich über einen Anpaßverstärker 29 einem Regler 30 zugeführt, in dem aus dem Sollwert und dem Istwert des an der Sekundär einheit 8 eingestellten Schwenkwinkels ein Fehlersignal gebildet wird, das zur Verstelleinrichtung 9 geführt wird.

Die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 wird in folgender Weise optimiert. In einer Rechenschaltung 32 wird aus den Eingangs größen Schwenkwinkel α ₁ und Drehzahl n ₁ der Primäreinheit 2 sowie aus dem Systemdruck p die von der Brennkraftmaschine 1 gelieferte Leistung P nach folgender Gleichung errechnet

P = α₁ · n₁ · p · V _max (α in % V _max)

wobei V _max das maximale Fördervolumen der Primäreinheit 2 ist. Die Ausgangsgröße P gelangt in einen Kennlinienfeldspeicher 33. In dem Speicher sind die Werte für die Leistung und die optimale bei dieser Leistung zu fahrende Drehzahl n _opt ab hängig vom Brennstoffverbrauch gespeichert. Die Ausgangs größe des Speichers 33 ist somit die optimale Drehzahl, die zu der abgegebenen Leistung gehört. Dieser Wert wird als Sollwert in der Vergleichsstufe 34 mit dem Istwert der Dreh zahl verglichen und das Fehlersignal wird über einen Ver stärker 35 auf die Drehzahleinstellung der Brennkraftmaschi ne 1 geführt.

In einer vereinfachten Schaltung kann der Speicher 33 auch unmittelbar das an dem nicht dargestellten Fahrpedal einge stellte Leistungssignal auf der Leitung 12 erhalten. Hierzu wird der Schalter 36 umgeschaltet und die Rechenschaltung 32 gerät in Wegfall.

Bei Lastwechsel, wenn die Sekundäreinheit 8 angetrieben wird, somit als Pumpe arbeitet und Arbeitsmittel in den Strang 6 fördert erzeugt in entsprechender Weise eine Schwenkwinkel begrenzung der Sekundäreinheit 8. Auf der Leitung 12 steht dann eine mittels eines Bremspedals eingestellte Brems leistung als negativer Wert an. Aus dem Speicher 20 wird die der jeweiligen Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 zugehörige maximale Bremsleistung der Brennkraftmaschine entnommen und über die Rechenschaltung 18 der Schwenkwinkel α ₂ zum Bremsen entsprechend begrenzt. Da in diesem Fall die Primäreinheit 2 die Brennkraftmaschine 1 antreibt und die Drehzahlregelung keinen Wert aus dem Speicher 33 erhält, tritt der Drehzahl regler der Brennkraftmaschine außer Funktion.

Claims

1. Antriebssystem für ein Fahrzeug, mit mindestens einer von einer Brennkraftmaschine angetriebenen verstell baren hydrostatischen Maschine als Primäreinheit, mindestens einer verstellbaren hydrostatischen Maschine als Sekundäreinheit mit Verstellvorrichtungen zur Ein stellung des Schluck- bzw. Fördervolumens der Maschinen, mit einer Druckregelung für die Primäreinheit, um einen eingeprägten Systemdruck aufrecht zu erhalten und mit einem willkürlich einstellbaren Leistungssignal für das Antriebssystem, dadurch gekennzeichnet, daß einen Rechenschaltung (14) vorgesehen ist, in der das Leistungssignal mit dem Drehzahlistwert der Sekundär einheit (8) und dem Istwert des Systemdrucks verknüpft und als Sollwert für den Schwenkwinkel der Sekundär einheit zugeführt wird.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rechenschaltung (18) vorgesehen ist, in der die aus einem Speicher (20) ermittelte, dem Drehzahlistwert der Brennkraftmaschine (1) zugehörige maximale Leistung mit dem Istwert des Systemdrucks und dem Drehzahlist wert der Sekundäreinheit verknüpft und mit dem Ausgangs signal der Rechenschaltung der Sollwert für den Schwenk winkel der Sekundäreinheit begrenzt wird, so daß die maximale Leistung der Brennkraftmaschine nicht über schritten wird.

3. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für negative Leistungssignale aus dem Speicher (20) die dem Drehzahlistwert der Brennkraftmaschine zugehörige maximale Bremsleistung entnommen wird, um den Sollwert für den Schwenkwinkel der Sekundäreinheit zu begrenzen.

4. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert und der Istwert des Systemdrucks verglichen werden und bei Abweichungen der Sollwert des Schwenkwinkels für die Sekundäreinheit so verändert wird, daß die maximale Leistungsabgabe bzw. Leistungsaufnahme der Brennkraftmaschine nicht über schritten wird.

5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert für den System druck in Abhängigkeit von der Drehzahl der Sekundärein heit veränderbar ist, so daß der Schwenkwinkel der Se kundäreinheit auf optimalen Wirkungsgrad einstellbar ist.

6. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Primäreinheit (2) einen Druckregler (3) aufweist, dem der veränderte Sollwert für den Systemdruck zugeführt wird.

7. Antriebssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Druckregler (3) eine drehzahlabhängige Regelung (4) überlagert ist, derart, daß der Systemdruck mit ansteigender Drehzahl der Brennkraftmschine erreicht wird.

8. Antriebssystem, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Brennkraftmaschine (1) eine Drehzahlsteuerung bzw. -regelung vorgesehen ist, und daß aus einem Speicher (33), in dem ein Kennlinien feld mit den Leistungsdaten der Brennkraftmaschine ge speichert ist, eine zu einem Leistungssignal zugehörige brennstoffverbrauchsabhängige optimale Drehzahl als Sollwert entnommen wird.

9. Antriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungssignal in einer Rechenschaltung (32) aus den Istwerten des Schwenkwinkels und der Drehzahl der Primäeinheit (2) sowie des Systemdruckes ermittelt wird.

10. Antriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungssignal einem an einem Fahr- bzw. Brems pedal eingestellten Sollwert der Leistung der Sekundär einheit (8) entspricht.