DE102007062888A1 - Verfahren zum Steuern eines hydrostatischen Antriebs - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines hydrostatischen Antriebs mit zumindest einem ersten hydraulischen Verbraucher und einem zweiten hydraulischen Verbraucher. Die beiden hydraulischen Verbraucher werden von einer gemeinsamen Antriebsmaschine angetrieben. Zunächst wird ein erster Leistungsbedarf des ersten hydraulischen Verbrauchers ermittelt (20). Ausgehend von dem ermittelten ersten Leistungsbedarf wird die durch die gemeinsame Antriebsmaschine verfügbare freie Leistung ermittelt (21). Diese verfügbare freie Leistung der gemeinsamen Antriebsmaschine wird auf einen möglichen Stellweg eines Steuerungsgebers für die Arbeitshydraulik skaliert (22). Eine Position des Steuerungsgebers zur Ansteuerung des zweiten hydraulichen Verbrauchers wird ermittelt (23) und auf Basis der skalierten verfügbaren freien Leistung ein Leistungsbedarf zugeordnet. Aus dem ersten Leistungsbedarf und dem zweiten Leistungsbedarf wird ein Betriebspunkt der gemeinsamen Antriebsmaschine festgelegt (24).
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines hydrostatischen Antriebs mit zumindest einem ersten hydraulischen Verbraucher und einem zweiten hydraulischen Verbraucher, die von einer gemeinsamen Antriebsmaschine angetrieben werden.
- Aus der
DE 103 07 190 A1 ist ein hydrostatischer Antrieb bekannt. Das Hydrauliksystem der dort vorgeschlagenen mobilen Arbeitsmaschine umfasst einen Fahrantrieb sowie zumindest eine Arbeitshydraulik. Sowohl der Fahrantrieb als auch die Arbeitshydraulik stellen hydraulische Verbraucher dar, welche von einer gemeinsamen Antriebsmaschine angetrieben werden. Die gemeinsame Antriebsmaschine ist als Dieselbrennkraftmaschine ausgeführt. Im Betrieb der mobilen Arbeitsmaschine muss die von der Dieselbrennkraftmaschine zur Verfügung gestellte Antriebsleistung zwischen dem Fahrantrieb und der Arbeitshydraulik aufgeteilt werden. Hierzu wird für die entsprechende Gaspedalstellung beziehungsweise die Position eines Joysticks zur Bedienung der Arbeitshydraulik die von den jeweils mit der Dieselbrennkraftmaschine verbundenen hydrostatischen Pumpen aufgenommene Leistung ermittelt. Aus den jeweils aufgrund der Gaspedalstellung beziehungsweise der Joystickposition aufzunehmenden Leistung der hydraulischen Verbraucher also der angeschlossenen hydrostatischen Pumpen wird eine durch die Brennkraftmaschine bereitzustellende Leistung ermittelt. Anschließend wird die Brennkraftmaschine auf einen Betriebspunkt eingestellt, bei dem sie in der Lage ist, die Leistungsanforderung zu befriedigen. - Das beschriebene System hat den Nachteil, dass die Nennleistung der Dieselbrennkraftmaschine so gewählt werden muss, dass sowohl bei vollständig niedergetretenem Gaspedal als auch bei einem in Endposition befindlichen Joystick die Dieselbrennkraftmaschine in der Lage ist, die Leistungsanforderung zu erfüllen. Sieht man hiervon jedoch ab, um eine unnötige Überdimensionierung der Dieselbrennkraftmaschine zu vermeiden, so entsteht das Problem, dass beispielsweise bei einer hohen Anforderung aufgrund des Fahrantriebs die Leistungsanforderung der Arbeitshydraulik nicht mehr zu erfüllen ist. Der Leistungsanteil, der der Arbeitshydraulik zur Verfügung steht ist klein und eine Bewegung des Joysticks in Richtung größerer Leistung für die Arbeitshydraulik wird durch einen Benutzer als Leerweg empfunden.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Steuerung für einen hydrostatischen Antrieb zu schaffen, bei dem insbesondere eine Rückmeldung über die jeweils für die Arbeitshydraulik verfügbaren Leistungsanteile möglich ist.
- Die Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines Antriebs, der eine gemeinsame Antriebsmaschine sowie zumindest einen ersten hydraulischen Verbraucher und einen zweiten hydraulischen Verbraucher umfasst, wird zunächst ein erster Leistungsbedarf des ersten hydraulischen Verbrauchers ermittelt. Dies wird in der Regel der Fahrantrieb einer mobilen Arbeitsmaschine sein. Bei Kenntnis dieses ersten Leistungsbedarfs, der durch die gemeinsame Antriebsmaschine realisiert werden muss, kann anschließend die verfügbare freie Leistung der gemeinsamen Antriebsmaschine ermittelt werden. Die verfügbare freie Leistung ist die Differenz zwischen einer von der Antriebsmaschine darstellbaren Leistung und dem ermittelten ersten Leistungsbedarf. Diese verfügbare freie Leistung der gemeinsamen Antriebsmaschine wird auf einen möglichen Stellweg des Steuerungsgebers, z. B. eines Joysticks, skaliert. Damit wird zwischen einer Nullposition des Steuerungsgebers und dem Maximalausschlag des Steuerungsgebers, der beispielsweise zum Betätigen der Arbeitshydraulik vorgesehen ist, die tatsächlich verfügbare Leistung skaliert. Dadurch wird in jedem Fall eine Bewegung des Steuerungsgebers in eine Änderung der Leistungsaufnahme des zweiten hydraulischen Verbrauchers umgesetzt. Nach dem Skalieren der verfügbaren freien Leistung wird einer ermittelten Position des Steuerungsgebers ein zweiter Leistungsbedarf zugeordnet. Auf Basis dieses zweiten Leistungsbedarfs und des ermittelten ersten Leistungsbedarfs wird dann der Betriebspunkt der gemeinsamen Antriebsmaschine festgelegt. Damit kann die gemeinsame Antriebsmaschine jeweils aufgrund des tatsächlichen Leistungsbedarfs auf einen günstigen Betriebspunkt eingestellt werden, wobei trotzdem aufgrund der Skalierung der theoretisch noch verfügbaren freien Leistung der Bediener bei einer Bewegung des Steuerungsgebers auf Grund der Systemreaktion eine Rückmeldung erhält, wie hoch die zur Verfügung stehenden Leistungsreserven für die Arbeitshydraulik sind.
- In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt.
- Insbesondere ist es vorteilhaft, für den ersten Leistungsbedarf einen Maximalwert festzulegen. Mit der Festlegung eines solchen Maximalwerts wird sichergestellt, dass nicht die vollständige Antriebsleistung der gemeinsamen Antriebsmaschine für den Fahrantrieb eingesetzt werden kann. Dementsprechend bleibt für weitere angeschlossene hydraulische Verbraucher, also insbesondere die Arbeitshydraulik bei einer mobilen Arbeitsmaschine, immer eine Mindestleistung verfügbar.
- Weiterhin ist es vorteilhaft, die verfügbare freie Leistung aus der Differenz der absoluten maximalen Leistung (Nennleistung) der gemeinsamen Arbeitsmaschine und dem ermittelten ersten Leistungsbedarf zu berechnen. Alternativ hierzu könnte auch die in einem jeweils eingestellten Betriebspunkt verfügbare freie Leistung der gemeinsamen Antriebsmaschine ermittelt werden. Weiterhin wird vorzugsweise aus der Position der Fahrbefehlvorgabevorrichtung ein Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Fahrantriebs ermittelt. Damit wird ein automotives Fahren der mobilen Arbeitsmaschine ermöglicht und insbesondere wird die Bedienung durch einen Bediener deutlich vereinfacht. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht dabei vor allen Dingen auch den Verzicht auf ein sogenanntes „Inchpedal", welches in der Regel dazu eingesetzt wird, die Leistungsanteile zwischen der Arbeitshydraulik und dem Fahrantrieb flexibel einzustellen, allerdings eine Benutzerhandlung erfordert.
- Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung detailliert erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Systems einer mobilen Arbeitsmaschine; -
2 eine schematische Darstellung zur Leistungsaufteilung zwischen einer Arbeitshydraulik und einem Fahrantrieb; -
3 eine vereinfachte Darstellung des Verfahrensablaufs zum Steuern eines hydrostatischen Antriebs. - In der
1 ist zunächst stark vereinfacht ein hydrostatischer Antrieb (1 ) einer mobilen Arbeitsmaschine wie beispielsweise ein Bagger dargestellt. Der hydrostatische Antrieb1 umfasst eine Dieselbrennkraftmaschine2 , welche als gemeinsame Antriebsmaschine eingesetzt wird. Die Dieselbrennkraftmaschine2 ist mit einem Verteilergetriebe3 verbunden, über das das von der Dieselbrennkraftmaschine2 erzeugte Drehmoment auf mehre Verbraucher verteilt werden kann. - Mit dem Verteilergetriebe
3 ist als erster hydraulischer Verbraucher ein hydrostatisches Getriebe4 des Fahrantriebs der mobilen Arbeitsmaschine verbunden. Das hydrostatische Getriebe4 umfasst eine Verstellpumpe5 und einen Verstellmotor6 . Der Verstellmotor6 ist über eine Abtriebswelle mit einer angetriebenen Achse der mobilen Arbeitsmaschine verbunden. Die Verbindung mit lediglich einer angetriebenen Achse ist beispielhaft zu verstehen. Ebenso gut kann selbstverständlich ein anderes Antriebskonzept wie beispielsweise ein Allradantrieb realisiert werden. - Das Verteilergetriebe
3 ist über eine erste Antriebswelle8 mit der Verstellpumpe5 verbunden und über eine zweite Antriebswelle9 mit einer weiteren Verstellpumpe10 verbunden. Die weitere Verstellpumpe10 ist über eine Förderleitung11 mit einer Arbeitshydraulik, beispielsweise einem Hubzylinder verbunden und bildet einen zweiten hydraulischen Verbraucher. - Die Dieselbrennkraftmaschine
2 treibt damit einen ersten hydraulischen Verbraucher in Form der ersten Verstellpumpe5 und einem zweiten hydraulischen Verbraucher in Form der weiteren Verstellpumpe10 der Arbeitshydraulik an. - Die Verstellpumpe
5 und der Verstellmotor6 des hydrostatischen Getriebes4 sind jeweils in ihrem Hubvolumen einstellbar und vorzugsweise als Schrägscheiben- oder Schrägachsenmaschine ausgeführt. Zur Einstellung des Hubvolumens ist eine elektronische Steuereinheit vorgesehen, welche nachfolgend als Fahrantriebssteuerung12 bezeichnet wird. Die Fahrantriebssteuerung12 erzeugt ein erstes Steuersignal zur Einstellung des Fördervolumens der Verstellpumpe5 und ein zweites Steuersignal zur Einstellung des Schluckvolumens des Hydromotors6 . Das erste Steuersignal wird an eine erste Verstellvorrichtung13 und das zweite Steuersignal an eine zweite Verstellvorrichtung14 übermittelt. Die Verstellvorrichtungen13 ,14 Wechselwirken jeweils mit den Verstellmechanismen der Verstellpumpe5 beziehungsweise des Hydromotors6 und stellen diese somit entsprechend dem Steuersignal auf eine gewünschte Übersetzung des hydrostatischen Getriebes4 ein. - Eine weitere elektronische Steuereinheit wird nachfolgend als Arbeitshydrauliksteuerung
15 bezeichnet. Die Arbeitshydrauliksteuerung15 ist über eine Signalleitung mit einer dritten Verstellvorrichtung16 verbunden. Die dritte Verstellvorrichtung16 stellt das Fördervolumen der weiteren Verstellpumpe10 ein und reguliert somit die Leistungsaufnahme der weiteren Verstellpumpe10 . - Zur Einstellung eines Betriebspunkts der Dieselbrennkraftmaschine
2 ist ein weiteres Steuergerät, das Dieselsteuergerät17 vorgesehen. Das Dieselsteuergerät17 gibt einen Betriebspunkt vor und steuert damit eine Solldrehzahl der Dieselbrennkraftmaschine2 . Hierzu wird ein Steuersignal an die Einspritzanlage18 der Dieselbrennkraftmaschine2 übermittelt. Das Dieselsteuergerät17 steht mit der Arbeitshydrauliksteuerung15 und der Fahrantriebssteuerung12 in Verbindung. - Der Fahrantriebssteuerung
12 wird, um einen ersten Leistungsbedarf ermitteln zu können, ein Signal eines Fahrpedals19 übermittelt. Das Fahrpedal19 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Ebenso gut kann auch ein Fahrhebel oder eine andere Fahrbefehlvorgabevorrichtung vorgesehen sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zur Realisierung eines automotiven Fahrbetriebs das Fahrpedal29 aus einer Neutrallage heraus in zwei entgegengesetzte Richtungen ausschwenkbar. Der jeweils eingestellte Winkel α, der die Position des Fahrpedals29 charakterisiert, wird mittels eines Postionsdetektors30 ermittelt und ein Positionssignal an die Fahrantriebssteuerung12 übermittelt. Auf Basis dieses Positionssignals ermittelt die Fahrantriebssteuerung12 einen ersten Leistungsbedarf und übermittelt diesen Leistungsbedarf an das Dieselsteuergerät17 . Von dem Dieselsteuergerät17 wird auf Basis des ermittelten ersten Leistungsbedarfs die verfügbare freie Leistung der Dieselbrennkraftmaschine2 ermittelt. Diese verfügbare freie Leistung ist höchstens genauso groß, wie die Differenz aus der absoluten maximalen Leistung der Dieselbrennkraftmaschine, die diese bei Nenndrehzahl erzeugen kann, und dem ermittelten ersten Leistungbedarf. Die Information über die verfügbare freie Leistung wird von dem Dieselsteuergerät17 an die Arbeitshydrauliksteuerung15 übermittelt. - Um die Leistungsaufnahme der weiteren Verstellpumpe
10 zu steuern ist ein Steuerungsgeber vorgesehen, der in der dargestellten Ausführungsform als Bedienhebel31 realisiert ist. Der Bedienhebel31 ist ausgehend von seiner in der1 dargestellten Neutralposition in zwei Richtungen bis zu jeweils einer Endposition verstellbar. Die Verstellwege bis zur ersten Endposition und zur entgegengesetzten zweiten Endposition können dabei unterschiedlich sein und sind in der1 durch die Winkel β und β' gekennzeichnet. Die jeweilige Position des Bedienhebels21 wird durch einen weiteren Positionssensor32 detektiert und das Positionssignal der Arbeitshydrauliksteuerung15 zugeführt. Die Arbeitshydrauliksteuerung15 skaliert auf dem Verstellweg β des Bedienhebels21 zwischen seiner Neutralstellung und jeweils einer Endposition die verfügbare Leistung der Dieselbrennkraftmaschine2 . Somit ist sichergestellt, dass zu jeder ermittelten Position des weiteren Positionssensors32 in Richtung des Maximalausschlags des Bedienhebels21 noch eine Leistungsreserve der Dieselbrennkraftmaschine2 zur Verfügung stellt, um eine Reaktion der Arbeitshydraulik beziehungsweise der die Arbeitshydraulik versorgenden weiteren Verstellpumpe10 zu ermöglichen. - Wie es durch die direkte Verbindung zwischen der Antriebshydrauliksteuerung
15 und der Fahrantriebssteuerung12 dargestellt ist, kann zudem durch die Arbeitshydrauliksteuerung15 ein Maximalwert für den Leistungsbedarf des Fahrantriebs festgelegt werden. Dieser maximale Leistungsbedarf, den dann der Fahrantrieb höchstens aufweisen kann, kann parametriert werden. Hierzu wird ein entsprechender Grenzwert über die Antriebshydrauliksteuerung15 eingestellt, z. B. in einem integrierten Speicher abgespeichert. Der Maximalwert für die Fahrantriebssteuerung12 legt damit eine obere Grenze für den von dem Fahrantrieb anzufordernde Leistung der Dieselbrennkraftmaschine2 fest, so dass immer eine Mindestleistung der Dieselbrennkraftmaschine2 für die Arbeitshydraulik zur Verfügung steht. - Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
2 noch einmal verdeutlicht. In der2 ist die Nennleistung PNenn der Dieselbrennkraftmaschine2 dargestellt. Ferner ist ein Maximalwert Pmax eingetragen. Der Fahrantrieb kann lediglich in dem Bereich zwischen Null und Pmax. eingestellt werden. Ist tatsächlich jedoch der ermittelte erste Leistungsbedarfs des Fahrantriebs kleiner als Pmax, zum Beispiel PFA, so ergibt sich eine verfügbare freie Leistung, die sich aus der Differenz zwischen PNenn und PFA ergibt. Diese ist in der2 mit dem Pfeil19 gekennzeichnet. Diese verfügbare freie Leistung19 wird auf den Verstellweg β des Bedienhebels31 skaliert. Im einfachsten Fall erfolgt eine lineare Skalierung. - In der
3 ist noch einmal vereinfacht das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. Zunächst wird in Schritt20 der erste Leistungsbedarf ermittelt. Der erste Leistungsbedarf ist in dem beschriebenen Auführungsbeispiel, bei dem der erste hydraulische Verbraucher das hydrostatische Getriebe4 ist, der Leistungsbedarf des Fahrantriebs. Dieser wird auf Basis der Fahrpedalstellung α ermittelt. Unter Berücksichtigung des ersten Leistungsbedarfs wird die verfügbare freie Leistung in Schritt21 ermittelt. Hierzu wird der erste Leistungsbedarf von der Fahrantriebssteuerung dem Dieselsteuergerät17 übermittelt. Dieses ermittelt aus dem ersten Leistungsbedarf und der maximalen Leistung der Dieselbrennkraftmaschine2 die verfügbare freie Leistung und teilt sie der Arbeitshydrauliksteuerung15 mit. Die Arbeitshydrauliksteuerung15 skaliert die verfügbare freie Leistung in Schritt21 auf den möglichen Verstellweg β des Bedienhebels21 . Anschließend wird in Schritt23 die Position des Bedienhebels21 mittels des weiteren Positionssensors22 ermittelt. Dieser ermittelten Position wird auf Basis der skalierten verfügbaren freien Leistung ein zweiter Leistungsbedarf der Arbeitshydraulik zugeordnet. Auf Basis des ermittelten ersten Leistungsbedarfs und des ermittelten zweiten Leistungsbedarfs wird ein Betriebspunkt für die Dieselbrennkraftmaschine2 festgelegt. Zur Festlegung des Betriebspunkts wird vorzugsweise ein in dem Dieselsteuergerät17 abgespeichertes Kennfeld der Dieselbrennkraftmaschine2 verwendet. Dabei wird unter verbrauchsoptimierten Gesichtspunkten ein Betriebspunkt ausgewählt, welcher zur Realisierung des ermittelten Gesamtleistungsbedarfs ausreichend ist. - Bei einer Änderung des Leistungsbedarfs entweder durch den Fahrantrieb oder durch die Arbeitshydraulik wird entsprechend ein neuer Betriebspunkt festgelegt. Erhöht sich der Leistungsbedarf so wird dies in der Regel zu einer Drehzahlerhöhung der Dieselbrennkraftmaschine
2 führen. Auf Basis des festgelegten Betriebspunkts wird eine Solldrehzahl für die Dieselbrennkraftmaschine2 durch das Dieselsteuergerät17 ermittelt und der Einspritzanlage18 der Dieselbrennkraftmaschine2 ein korrespondierendes Steuersignal zugeführt. Die Einspritzanlage18 stellt die Dieselbrennkraftmaschine auf diese Solldrehzahl ein. Weiterhin wird durch die Fahrantriebssteuerung12 das Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Getriebes ermittelt und mittels der Verstellvorrichtungen13 und14 jeweils ein Fördervolumen der Verstellpumpe5 beziehungsweise ein Schluckvolumen des Hydromotors6 eingestellt. Durch die Arbeitshydrauliksteuerung15 wird weiterhin ein Fördervolumen der Verstellpumpe10 ermittelt und unter Zuhilfenahme der Verstellvorrichtung16 eingestellt. - Die Verstellung der Verstellpumpen
5 ,10 beziehungsweise des Hydromotors6 mittels der Verstellvorrichtungen13 ,14 und16 erfolgt in bekannter Weise zum Beispiel über elektroproportionale Verstellvorrichtungen. - Das Ausführungsbeispiel zeigt in einer einfachen Form das erfindungsgemäße Verfahren für einen hydrostatischen Antrieb
1 mit einem Fahrantrieb als ersten hydraulischen Verbraucher und einer weiteren Verstellpumpe10 als zweiten hydraulischen Verbraucher. Es ist jedoch leicht erkennbar, dass an dem Verteilergetriebe3 weitere Leistungsabnehmer angeordnet sein können. Diese werden dann entsprechend über weitere Steuergeräte, die im wesentlichen dem Arbeitshydrauliksteuergerät15 entsprechen berücksichtigt. Diese zusätzlichen Leistungsanforderungen werden dann jeweils individuell ermittelt und dem Dieselsteuergerät17 zugeführt. Das Dieselsteuergerät17 berücksichtigt dann ebenfalls die weiteren Leistungsanforderungen. - Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere sind einzelne Merkmale des ausführlich erläuterten Ausführungsbeispiels vorteilhaft miteinander kombinierbar.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10307190 A1 [0002]
Claims (5)
- Verfahren zum Steuern eines hydrostatischen Antriebs mit zumindest einem ersten hydraulischen Verbraucher (
5 ) und einem zweiten hydraulischen Verbraucher (10 ), die von einer gemeinsamen Antriebsmaschine (2 ) angetrieben werden, mit folgenden Verfahrensschritten: – Ermitteln eines ersten Leistungsbedarfs (20 ) des ersten hydraulischen Verbrauchers (5 ), – Ermitteln einer durch die gemeinsame Antriebsmaschine (2 ) verfügbaren freien Leistung (21 ), – Skalieren der verfügbaren freien Leistung (22 ) der gemeinsamen Antriebsmaschine (21 ) auf einen möglichen Stellweg (β) eines Steuerungsgebers (31 ), – Ermitteln einer Position (23 ) eines Steuerungsgebers (31 ) zur Ansteuerung des zweiten hydraulischen Verbrauchers (10 ), – Zuordnen eines zweiten Leistungsbedarfs (23 ) zu der ermittelten Position des Steuerungsgebers (31 ), und – Festlegen eines Betriebspunkts (24 ) der gemeinsamen Antriebsmaschine (2 ) unter Berücksichtigung des ersten und des zweiten Leistungsbedarfs. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Maximalwert (Pmax) für den ersten Leistungsbedarf (PFA) festgelegt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verfügbare freie Leistung (
19 ) aus der Differenz zwischen einer absoluten maximalen Leistung (PNenn) der gemeinsamen Antriebsmaschine (2 ) und dem ermittelten ersten Leistungsbedarf (PFA) berechnet wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des ersten Leistungsbedarfs (PFA) eine Position (α) einer Fahrbefehlvorgabevorrichtung (
29 ) ermittelt wird. - Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Position (α) der Fahrbefehlvorgabevorrichtung (
29 ) ein Übersetzungsverhältnis eines hydrostatischen Getriebes (4 ) eines Fahrantriebs ermittelt wird.
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