DE102008025683A1 - Method for controlling a traction drive - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Fahrantriebs (1) mit einer primären Antriebsmaschine (2) und einem damit verbundenen hydrostatischen Getriebe (3). Zunächst wird eine Stellung einer Fahrbefehlvorgabevorrichtung (13) detektiert. Auf Basis der ermittelten Stellung der Fahrbefehlvorgabevorrichtung (13) wird ein Betriebspunkt für eine primäre Antriebsmaschine (2) ermittelt. Ferner wird eine Einstellung des hydrostatischen Getriebes (3) ermittelt. Auf Basis der detektierten Stellung der Fahrbefehlvorgabevorrichtung (13) wird ein Sollausgangsmoment des Fahrantriebs (1) ermittelt, aus dem eine erforderliche Antriebsleistung der primären Antriebsmaschine (2) ermittelt wird. Auf Basis der erforderlichen Antriebsleistung wird der Betriebspunkt der primären Antriebsmaschine (2) festgelegt.The invention relates to a method for controlling a traction drive (1) with a primary drive machine (2) and a hydrostatic transmission (3) connected thereto. First, a position of a travel command setting device (13) is detected. On the basis of the determined position of the drive command setting device (13), an operating point for a primary drive machine (2) is determined. Furthermore, an adjustment of the hydrostatic transmission (3) is determined. On the basis of the detected position of the driving command setting device (13), a target output torque of the traction drive (1) is determined, from which a required drive power of the primary drive machine (2) is determined. Based on the required drive power, the operating point of the primary drive machine (2) is determined.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Fahrantriebs mit einer primären Antriebsmaschine und einem damit verbundenen stufenlosen Getriebe.The The invention relates to a method for controlling a traction drive with a primary prime mover and an associated one stepless transmission.
Ein
Verfahren zur Steuerung eines hydrostatischen Fahrantriebs ist aus
der
Problematisch an der bekannten Steuerung ist es, dass Änderungen an der Charakteristik des Steuerungsverhaltens schwierig realisierbar sind. So muss durch den selbstlernenden Prozess jeweils eine Leerlaufkurve der Antriebsmaschine aufgezeichnet werden. Die Flexibilität beschränkt sich auf die Anpassung der zulässigen maximalen Drückung der Dieselbrennkraftmaschine.Problematic At the known control it is that changes to the Characteristics of the control behavior are difficult to implement. So must by the self-learning process in each case an idle curve the prime mover are recorded. The flexibility is limited to the adaptation of the permissible maximum pressure of the diesel engine.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Steuerungsverfahren für einen hydrostatischen Fahrantrieb zu schaffen, bei dem ein leichter Eingriff in die Steuerungscharakteristik möglich ist.It It is therefore the object of the invention to provide a control method for to create a hydrostatic drive in which a lighter Intervention in the control characteristic is possible.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The The object is achieved by the method having the features of the claim 1 solved.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Ansteuerung eines Fahrantriebs mit einem stufenlosen, insbesondere einem hydrostatischen Getriebe zunächst ein Fahrbefehl und ein Fahrzeugzustand ermittelt. Es wird z. B. eine Stellung einer Fahrbefehlvorgabevorrichtung und eine Fahrzeuggeschwindigkeit detektiert. Eine solche Fahrbefehlvorgabevorrichtung kann ein Fahrhebel oder ein Fahrpedal sein. Aus der detektierten Stellung der Fahrbefehlvorgabevorrichtung wird ein Fahrzeugsollmoment und daraus ein Betriebspunkt für eine primäre Antriebsmaschine ermittelt. Bei dem ermittelten Betriebspunkt ist sichergestellt, dass die primäre Antriebsmaschine eine ausreichende Leistung zur Befriedigung der Anforderungen gemäß Fahrhebelvorgabe erzeugt. Zusätzlich zu dem Betriebspunkt wird auch die Einstellung des hydrostatischen Getriebes, also deren Übersetzungsverhältnis ermittelt. Erfindungsgemäß wird auf Basis der detektierten Position der Fahrbefehlvorgabevorrichtung ein Sollausgangsmoment des Fahrantriebs ermittelt, aus der eine erforderliche Antriebsleistung und daraus letztlich der Betriebspunkt der primären Antriebsmaschine festgelegt wird. Damit wird im Gegensatz zum Stand der Technik mittels der Stellung der Fahrbefehlvorgabevorrichtung nicht mehr einfach eine Solldrehzahl für die meist als Dieselbrennkraftmaschine ausgeführte primäre Antriebsmaschine vorgegeben. Vielmehr wird zunächst eine durch einen Bediener eingestellte Fahrhebelposition einer Momentenanforderung, dem Sollausgangsmoment, durch den Bediener zugeordnet. Ausgehend von dieser Momentenanforderung also dem Sollausgangsmoment des Fahrantriebs, wird dann in einem zweiten Schritt diejenige erforderliche Antriebsleistung der primären Antriebsmaschine ermittelt, die zur Realisierung des Sollausgangsmoments erforderlich ist.at The method according to the invention is used for driving a traction drive with a continuously variable, in particular a hydrostatic Transmission first a move command and a vehicle condition determined. It is z. B. a position of a Fahrbefehlvorgabevorrichtung and detects a vehicle speed. Such a driving command presetting device can be a throttle or an accelerator pedal. From the detected Position of the drive command setting device is a vehicle target torque and from this an operating point for a primary Engine determined. At the determined operating point is Ensures that the primary prime mover has a sufficient power to satisfy the requirements according to driving lever specification generated. In addition to the operating point is also the Adjustment of the hydrostatic transmission, ie their transmission ratio determined. According to the invention is based on the Detected position of the Fahrbefehlvorgabevorrichtung a target output torque the traction drive determines from the required drive power and ultimately the operating point of the primary prime mover is determined. This is in contrast to the prior art means the position of the Fahrbefehlvorgabevorrichtung no longer easy a target speed for the most as a diesel engine executed primary drive machine specified. Rather, initially set by an operator Driving lever position of a torque request, the target output torque, assigned by the operator. Based on this moment requirement So the target output torque of the traction drive is then in a second step, the required driving power of the primary Determined drive, which for the realization of the target output torque is required.
Schließlich wird der ermittelten erforderlichen Antriebsleistung entsprechend ein Betriebspunkt der primären Antriebsmaschine festgelegt. Insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen besteht dabei kein unmittelbarer Zusammenhang zwischen der Position der Fahrbefehlvorgabevorrichtung und einer Solldrehzahl der Dieselbrennkraftmaschine. Der Betriebspunkt wird vielmehr aus dem Kennfeld der Dieselbrennkraftmaschine festgelegt, wobei ein Auswahlkriterium die zuvor ermittelte erforderliche Antriebsleistung ist. Die Festlegung des Betriebspunkts in dem Kennfeld kann damit erheblich flexibler erfolgen und insbesondere Bereiche mit besonders günstigem Spritverbrauch berücksichtigen. Nachfolgend wird der Einfachheit halber lediglich ein hydrostatisches Getriebe stellvertretend auch für andere stufenlose Getriebe verwendet.After all is the determined required drive power accordingly set an operating point of the primary drive machine. In particular, in diesel engines there is no immediate Relationship between the position of the drive command setting device and a target speed of the diesel engine. The operating point is rather determined from the map of the diesel engine, wherein a selection criterion is the previously determined required drive power is. The determination of the operating point in the map can thus be made considerably more flexible and in particular areas with particular consider favorable fuel consumption. following For the sake of simplicity, it will merely be a hydrostatic transmission also used for other continuously variable transmissions.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen ausgeführt.advantageous Further developments of the method according to the invention are set forth in the subclaims.
Es ist vorteilhaft, zunächst aus dem Sollausgangsmoment des Fahrantriebs eine Fahrzeugsollgeschwindigkeit basierend auf einem physikalischen Modell des Antriebstrangs oder des gesamten Fahrzeugs zu ermitteln. Aus dieser Fahrzeugsollgeschwindigkeit wird dann das Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Getriebes ermittelt. Die Ermittlung des Übersetzungsverhältnisses des hydrostatischen Getriebes aus dem Sollausgangsmoment über die Fahrzeugsollgeschwindigkeit hat den Vorteil, dass anstelle einer aufwändigen Berücksichtigung eines Beschleunigungsmoments eine einfache Addition der Fahrzeugistgeschwindigkeit erfolgen kann. Damit wird die Berechnung und insbesondere auch die Parametrierung des Steuerungsalgorithmus vereinfacht.It is advantageous to first determine a vehicle target speed based on a physical model of the drive train or of the entire vehicle from the setpoint output torque of the travel drive. From this vehicle target speed, the transmission ratio of the hydrostatic transmission is then determined. The determination of the transmission ratio of the hydrostatic transmission from the target output torque on the target vehicle speed has the advantage that instead of a complex consideration of an acceleration torque, a simple addition of the actual vehicle speed can be done. This is the calculation and in particular the parameterization of the control simplified.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zur Ermittlung des Sollausgangsmoments der jeweils ermittelten Position der Fahrbefehlvorgabevorrichtung ein Wert von 0 bis zu einem sich aus der Nennleistung der Antriebsmaschine ergebenden Moment zugeordnet wird. Dabei ergibt sich jedoch eine relativ große Lastfühligkeit, da die jeweils tatsächlich verfügbare Leistung bei einer Drehzahl unter Berücksichtigung der Drückung der Dieselbrennkraftmaschine mit zunehmender Drehzahl zunehmend unter der Nennleistungs der Dieselbrennkraftmaschine liegt.According to one Another preferred embodiment is for determination the target output torque of the respectively determined position of the drive command setting device a value of 0 up to one from the rated power of the prime mover associated with the resulting moment. However, this results in a relatively large load sensitivity, since each actually available power at a speed considering the Pressing the diesel engine with increasing speed increasingly below the rated power of the diesel engine.
In einer anderen, besonders bevorzugten Ausführungsform wird daher jeder detektierten Position der Fahrbefehlvorgabevorrichtung ein Wert von 0 bis zu einem sich aus der bei einem Ist-Betriebspunkt der Antriebsmaschine ergebenden Moment zugeordnet. Damit wird jeweils sichergestellt, dass unabhängig von der Position der Fahrbefehlvorgabevorrichtung für den restlichen Pedalweg oder Hebelweg der Fahrbefehlvorgabevorrichtung die tatsächlich noch verfügbare freie Antriebsleistung der primären Antriebsmaschine zur Verfügung steht. Bei jeder Fahrbefehlvorgabevorrichtungsposition „fühlt" der Bediener daher, welche zusätzliche Leistung ihm die Antriebsmaschine noch bietet.In another, particularly preferred embodiment therefore, every detected position of the travel command setting device a value from 0 to one out of the at an actual operating point associated with the prime mover moment. This will each ensures that regardless of the position of the drive command setting device for the remaining pedal travel or lever travel of the travel command default device the actually available free drive power the primary drive machine is available. At each travel command default position "feels" the operator therefore, what additional power him Drive machine still offers.
Vorzugsweise wird zudem bei der Bestimmung des Übersetzungsverhältnisses des hydrostatischen Getriebes ein Fahrzeuglastmoment berücksichtigt. Das Fahrzeuglastmoment wird dabei insbesondere aus der Drückung der Antriebsmaschine ermittelt. Als Drückung wird die Abweichung der Ist-Drehzahl von einer Soll-Drehzahl der primären Antriebsmaschine bezeichnet. Die Ermittlung des Fahrzeuglastmoments aus der Drückung der Antriebsmaschine hat den Vorteil, dass lediglich eine Abweichung der tatsächlich sich ergebenden Antriebsmaschinendrehzahl von der vorgegebenen Solldrehzahl erforderlich ist. Dies wird bereits durch Einsatz eines einfachen Drehzahlfühlers ermöglicht.Preferably is also used in determining the gear ratio of the hydrostatic transmission considered a vehicle load torque. The vehicle load torque is in particular from the suppression the drive machine determined. The pressure is the deviation the actual speed of a target speed of the primary drive machine designated. The determination of the vehicle load torque from the push the prime mover has the advantage that only one deviation the actual resulting engine speed is required by the predetermined target speed. This is already happening by using a simple speed sensor allows.
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform wird das Fahrzeuglastmoment dagegen aus dem Steuergerät der primären Antriebsmaschine direkt ausgelesen. Eine solche Vorgehensweise ist jedoch nur möglich, wenn das Steuergerät beispielsweise der Einspritzanlage einer Dieselbrennkraftmaschine ein entsprechendes Signal über das Fahrzeuglastmoment beziehungsweise die tatsächlich abgegebene Antriebsleistung der Dieselbrennkraftmaschine zur Verfügung stellt.According to one Another preferred embodiment is the vehicle load torque in contrast, from the control unit of the primary drive machine directly read. However, such an approach is only possible if the control unit, for example, the injection system a diesel engine via a corresponding signal the vehicle load torque or the actual delivered drive power of the diesel engine available provides.
Die Ermittlung der Fahrzeugsollgeschwindigkeit erfolgt vorzugsweise durch Integration einer zunächst ermittelten Fahrzeugsollbeschleunigung. Dabei wird in besonders einfacher Weise der Zusammenhang zwischen dem Sollausgangsmoment und der Sollbeschleunigung ausgenutzt. Die Berechnung der Fahrzeugsollgeschwindigkeit durch Integration der Fahrzeugsollbeschleunigung stellt dabei sicher, dass praktisch die gesamte Ermittlung des Übersetzungsverhältnisses des hydrostatischen Getriebes rechnerisch durchgeführt werden kann. Die druckgesteuerten Verstellvorrichtungen, die beispielsweise bei einer sonst üblichen drehzahlabhängigen Hochdruckverstellung erforderlich sind, können somit entfallen. Das Verfahren zur Ansteuerung des Fahrantriebs ist somit im wesentlichen in ein Steuergerät zu integrieren und kann dementsprechend einfach parametriert werden.The Determination of the vehicle target speed is preferably carried out by integration of an initially determined vehicle target acceleration. It is in a particularly simple way, the relationship between exploited the desired output torque and the target acceleration. The Calculation of the vehicle target speed by integration of the Vehicle roll acceleration ensures that practically the total determination of the gear ratio of the hydrostatic transmission can be carried out by calculation can. The pressure-controlled adjusting devices, for example at a usual speed-dependent high pressure adjustment are required, can thus be omitted. The procedure to drive the traction drive is thus essentially in one Integrate control unit and can be accordingly simple be parameterized.
Das Übersetzungsverhältnis für das hydrostatische Getriebe wird gemäß der bevorzugten Ausführung schließlich aus der durch Integration ermittelten Fahrzeugsollgeschwindigkeit und der Ist-Drehzahl der primären Antriebsmaschine ermittelt. Auf diese Weise kann ebenfalls die einzustellende Übersetzung des hydrostatischen Getriebes rein rechnerisch ermittelt werden, wobei zur Einstellung des Pumpenschwenkwinkels beziehungsweise des Motorschwenkwinkels ausgehend von dem Übersetzungsverhältnis individuell Kennlinien festgelegt werden.The gear ratio for the hydrostatic transmission is according to the Finally, preferred embodiment of the by Integration determined vehicle target speed and the actual speed determined the primary drive machine. In this way can also be adjusted to the translation of the hydrostatic Gear are determined purely by calculation, with the setting the pump swivel angle or the motor swivel angle starting from the gear ratio individually Characteristics are set.
Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Integration der Fahrzeugsollbeschleunigung zur Ermittlung der Fahrzeugsollgeschwindigkeit über die gesamte Zeit seit einem Systemstart erfolgt.there it is particularly preferred that the integration of the vehicle target acceleration for determining the vehicle target speed over the entire time since a system start.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der Figuren in der nachfolgenden Beschreibung ausführlich erläutert. Es zeigen:One preferred embodiment of the invention Method will be with reference to the figures in the following description explained in detail. Show it:
In
der
Das
hydrostatische Getriebe
Die
Dieselbrennkraftmaschine
Zum
Antrieb des Fahrzeugs ist der Hydromotor
Zur
Umsetzung eines ermittelten Betriebspunkts der Dieselbrennkraftmaschine
Zur
Einstellung des Fördervolumens der Hydropumpe
Mittels
eines zentralen Steuergeräts
Das
zentrale Steuergerät
Zur
Ermittlung der Steuersignale wird durch das zentrale Steuergerät
Ferner
wird die Fahrzeuggeschwindigkeit vist mittels
eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors
Zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zunächst einer bestimmten und durch den Positionssensor
Dabei
ist MFzg das Fahrzeugmoment, MD das tatsächlich
dem hydrostatischen Getriebe
Es
gibt zwei Möglichkeiten, der ermittelte Position des Fahrpedals
Dabei ist nD,ist die Ist-Drehzahl der primären Antriebsmaschine, VFzg,ist die tatsächliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs und rrad der Radius der angetriebenen Räder. In dem rechten Teil der Gleichung ist dabei die Abhängigkeit des Fahrzeugmoments MFzg von der Leistung der primären Antriebsmaschine PD unter Berücksichtigung der Leistung eventuell vorhandener Nebenverbraucher PNV zu erkennen.Where n D is the actual speed of the primary prime mover , V Fzg, is the actual speed of the vehicle and r rad is the radius of the driven wheels. In the right-hand part of the equation, the dependence of the vehicle torque M Fzg on the power of the primary drive machine P D can be recognized , taking into account the power of any additional load P NV present.
Da
mit abnehmenden Fahrzeuggeschwindigkeiten VFzg,ist das
Fahrzeugmoment in Richtung unendlich gehen würde, ist eine
Begrenzung des maximalen Moments durch Druckbegrenzungsventile in
dem hydrostatischen Getriebe
Dabei
ist MFzg,max das maximale Fahrzeugmoment,
VgM das Schluckvolumen des Hydromotors
Gemäß einer
ersten, einfachen Ausführungsform erfolgt die Skalierung
der ermittelten Fahrpedalposition so, dass bei vollständig
getretenem Fahrpedal (100%-Stellung) das Fahrzeugsollmoment gemäß der
obigen Gleichung unter Berücksichtigung der absoluten maximalen
Antriebsleistung PD,max,abs der Dieselbrennkraftmaschine
Bei
dieser Ermittlung eines der Position des Fahrpedals
Für
diese erste Möglichkeit ist in der
Gemäß einer
zweiten, besonders bevorzugten Ausführungsform, wird bei
der Skalierung des Fahrzeugpedals bei vollständig niedergetretenem
Fahrpedal
Der
Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend
unter Bezugnahme auf die
Zum
Ermitteln der Solldrehzahl nD,soll der Dieselbrennkraftmaschine
Dieses
erzeugte Moment MD,ist entspricht dem von
der Dieselbrennkraftmaschine dem hydrostatischen Getriebe
Dabei
ist MNV das Lastmoment der Nebenverbraucher
und f((nD,soll – nD,ist)p,nD,ist) der als Kennfeld gespeicherte Zusammenhang
zwischen dem von der Dieselbrennkraftmaschine
Allgemein ist der Zusammenhang zwischen dem Fahrzeuglastmoment MFzg,Last durch folgende Gleichung gegeben: Generally, the relationship between the vehicle load torque M Fzg, load is given by the following equation:
Dabei gibt das erste Glied der rechten Seite das vereinfachte Fahrzeuglastmoment MFzg,est und das zweite Glied einen auf die Ist-Beschleunigung aFzg,ist entfallenden Teil des Lastmoments des Fahrzeugs an. Dabei ist m die Fahrzeuggesamtmasse und rrad der Radius des angetriebenen Rades.In this case, the first link of the right side gives the simplified vehicle load moment M Fzg, est and the second link a to the actual acceleration a Fzg, is apportioned part of the load torque of the vehicle. Here m is the total vehicle mass and r rad the radius of the driven wheel.
Aus der Differenz zwischen dem Fahrzeugsollmoment MFzg,soll und der Fahrzeuglast kann eine Sollbeschleunigung aFzg,soll für das Fahrzeug berechnet werden. Diese berücksichtigt bei einer Differenzbildung zwischen dem Fahrzeugsollmoment MFzg,soll und der Fahrzeuglast MFzg,Last, wie sie nach obiger Gleichung berechnet wird, auch das auf den Beschleunigungsanteil entfallende Lastmoment und errechnet sich nach folgendem Zusammenhang: From the difference between the vehicle target torque M Fzg, should and the vehicle load, a target acceleration a Fzg, should be calculated for the vehicle. This takes into account in a difference between the vehicle target torque M Fzg, should and the vehicle load M Fzg, load , as calculated according to the above equation, also the load component attributable to the acceleration component and is calculated according to the following relationship:
Die jeweilige Fahrzeugsollgeschwindigkeit VFzg,soll ergibt sich durch Integration der gemäß obigem Zusammenhang ermittelten Fahrzeugsollbeschleunigung aFzg,soll durch Integration. Wählt man dabei Integrationsgrenzen vom Systemstart (t = 0) bis zum aktuellen Zeitpunkt t so ergibt sich dabei folgender Zusammenhang: The respective vehicle target speed V Fzg, should result from integration of the vehicle target acceleration a Fzg determined according to the above context , should be by integration. If one chooses integration limits from the system start (t = 0) up to the current time t, the following relationship results:
Der
Zusammenhang zwischen dieser Fahrzeugsollgeschwindigkeit VFzg,soll und dem einzustellenden Übersetzungsverhältnis
r des hydrostatischen Getriebes
Bei der Berechnung der Fahrzeugsollgeschwindigkeit VFzg,soll zeigt sich außerdem, dass aufgrund des Zusammenhangs nach Gleichung VI die Integration über die Fahrzeugsollbeschleunigung aFzg,soll sich letztlich auf eine Addition der Fahrzeugistgeschwindigkeit reduzieren lässt. Die Fahrzeugsollgeschwindigkeit VFzg,soll ergibt sich dabei zu: In the calculation of the vehicle target speed V Fzg, it should also be shown that, due to the relationship according to equation VI, the integration via the vehicle target acceleration a Fzg should ultimately be able to be reduced to an addition of the actual vehicle speed . The vehicle target speed V Fzg, should result in:
Zurückkommend
auf die Darstellung des Verfahrens in der
Aus
der Differenz zwischen dem Fahrzeugsollmoment VFzg,soll und
dem vereinfachten Fahrzeuglastmoment VFzg,est wird
in Schritt S9 eine vereinfachte Fahrzeugsollbeschleunigung a'Fzg,soll ermittelt. Nachdem in dem weiteren
Schritt S10 über diese vereinfachte Fahrzeugsollbeschleunigung a'Fzg,soll integriert wurde wird anschließend
die Fahrzeugistgeschwindigkeit VFzg, ist
addiert. Diese Fahrzeugistgeschwindigkeit VFzg,ist lässt
sich in einfacher Weise beispielsweise über den Geschwindigkeitssensor
Unter
Verwendung der tatsächlichen Dieseldrehzahl nD,ist wird
anschließend aus der Fahrzeugsollgeschwindigkeit VFzg,soll das Übersetzungsverhältnis
r ermittelt. Mit Hilfe dieses Übersetzungsverhältnisses
r werden anschließend mittels einer ersten Kennlinie das
Fördervolumen VgP für
die Hydropumpe
In
der
In
einem Fahrzeug mit einem Fahrantrieb der
Die Erfindung ist nicht an das dargestellte Ausführungsbeispiel gebunden. Vielmehr sind auch einzelne Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens miteinander kombinierbar.The Invention is not the illustrated embodiment bound. Rather, individual features of the invention are also Method combined with each other.
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