DE102008043906A1

DE102008043906A1 - Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs

Info

Publication number: DE102008043906A1
Application number: DE102008043906A
Authority: DE
Inventors: Stephan Schinacher; Jörg Geis
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2010-05-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines ein Antriebsaggregat (1), ein hydraulisches Getriebe (2) mit mindestens einem Hydraulikmotor und eine dem Antreiben des oder jedes Hydraulikmotors dienende Pumpe (4) umfassenden Antriebsstrangs, wobei die Pumpe vom Antriebsaggregat (1) aus angetrieben wird. Erfindungsgemäß wird ein von der Pumpe (4) zum Antreiben des oder jedes Hydraulikmotors bereitgestellter Förderdruck dadurch ermittelt, dass aus einem gemessenen oder geschätzten aktuellen Steuerdruck für die Pumpe (4) und aus einem gemessenen oder geschätzten aktuellen Fördervolumen der Pumpe (4) je Umdrehung derselben auf Grundlage eines Kennfelds der von der Pumpe (4) bereitgestellte aktuelle Förderdruck bestimmt wird, wobei auf der Grundlage des so ermittelten Förderdrucks der Betrieb des Antriebsstrangs gesteuert und/oder geregelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines ein Antriebsaggregat, ein hydraulisches Getriebe mit mindestens einem Hydraulikmotor und eine dem Antreiben des oder jedes Hydraulikmotors dienende Pumpe umfassenden Antriebsstrangs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Hauptkomponenten eines Antriebsstrangs sind ein Antriebsaggregat und ein Getriebe. Ein Getriebe wandelt Drehmomente und Drehzahlen und setzt so das Zugkraftangebot des Antriebsaggregats um. Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, der als Getriebe ein hydraulisches Getriebe mit mindestens einem Hydraulikmotor umfasst, wobei der oder jeder Hydraulikmotor von einer Pumpe angetrieben wird, die ihrerseits vom Antriebsaggregat angetrieben wird.
Ein Antriebsstrang mit einem solchen hydraulischen Getriebe umfasst neben einem hydraulischen Leistungszweig weiterhin einen mechanischen Leistungszweig, wobei bei einem leistungsverzweigten Antriebsstrang der hydraulische Leistungszweig und der mechanische Leistungszweig parallel und bei einem nicht leistungsverzweigten Antriebsstrang der hydraulische Leistungszweig und der mechanische Leistungszweig in Reihe geschaltet sind.
Ein hydraulisches Getriebe mit mindestens einem Hydraulikmotor ist aus der EP 1 789 706 B1 bekannt, wobei aus diesem Stand der Technik auch bekannt ist, den oder jeden Hydraulikmotor des hydraulischen Getriebes mit Hilfe einer Pumpe anzutreiben. Diese Pumpe kann integraler Bestandteil des hydraulischen Getriebes sein. Alternativ kann die Pumpe, die dem Antreiben des oder jeden Hydraulikmotors des hydraulischen Getriebes dient, auch als separate Baugruppe ausgeführt sein.
Um z. B. zur Bereitstellung einer Zugkraftregelung einen ordnungsgemäßen Betrieb eines solchen Antriebsstrangs zu gewährleisten, ist es erforderlich, den von der dem Antreiben des oder jedes Hydraulikmotors dienenden Pumpe bereitgestellten Förderdruck exakt zu bestimmen. Hierzu sind nach der Praxis Hochdrucksensoren erforderlich, die aufwendig und teuer sind. Es besteht daher Bedarf an einem Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebsstrangs, bei welchem der von der dem Antreiben des oder jedes Hydraulikmotors des hydraulischen Getriebes dienenden Pumpe bereitgestellte Förderdruck einfach, zuverlässig und genau bestimmt werden kann.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebsstrangs zu schaffen.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird ein von der Pumpe zum Antreiben des oder jedes Hydraulikmotors bereitgestellter Förderdruck dadurch ermittelt, dass aus einem gemessenen oder geschätzten aktuellen Steuerdruck für die Pumpe und aus einem gemessenen oder geschätzten aktuellen Fördervolumen der Pumpe je Umdrehung derselben auf Grundlage eines Kennfelds der von der Pumpe bereitgestellte aktuelle Förderdruck bestimmt wird, wobei auf Grundlage des so ermittelten Förderdrucks der Betrieb des Antriebsstrangs gesteuert und/oder geregelt wird.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, zuverlässig und einfach den Förderdruck zu bestimmen, den eine dem Antreiben des oder jedes Hydraulikmotors eines hydraulischen Getriebes dienende Pumpe bereitstellt. Hierzu sind keinerlei Drucksensoren erforderlich. Dies reduziert den Aufwand und die Kosten für einen Antriebsstrang.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 ein stark schematisiertes Antriebsstrangschema zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines ein Antriebsaggregat, ein hydraulisches Getriebe mit mindestens einem Hydraulikmotor und eine dem Antreiben des oder jedes Hydraulikmotors dienende Pumpe umfassenden Antriebsstrangs; und
2 ein im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbares Kennfeld.
1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung eines Antriebsstrangs, der ein Antriebsaggregat 1 und ein Getriebe 2 umfasst, wobei das Getriebe 2 Drehmomente und Drehzahlen wandelt und so das Zugkraftangebot des Antriebsaggregats 1 umsetzt, um dasselbe an einem Abtrieb 3 des Antriebstrangs bereitzustellen.
Beim Getriebe 2 handelt es sich bei der hier vorliegenden Erfindung um ein hydraulisches Getriebe mit mindestens einem nicht gezeigten Hydraulikmotor, wobei der oder jeder Hydraulikmotor des hydraulischen Getriebes 2 von einer Pumpe 4 angetrieben wird, die ihrerseits vom Antriebsaggregat 1 angetrieben wird.
Die Pumpe 4 des Antriebsstrangs kann integraler Bestandteil des hydraulischen Getriebes 2 sein. Die Pumpe 4 kann jedoch auch als separate Baugruppe ausgeführt sein.
Der von der Pumpe 4 zum Antreiben des oder jedes Hydraulikmotors des hydraulischen Getriebes 2 bereitgestellte Förderdruck wird im Sinne der hier vorliegenden Erfindung auf Grundlage eines Kennfelds bestimmt, nämlich derart, dass aus einem gemessenen oder geschätzten aktuellen Steuerdruck für die Pumpe 4 und aus einem gemessenen oder geschätzten aktuellen Fördervolumen der Pumpe 4 je Umdrehung derselben unter Verwendung eines Kennfelds der von der Pumpe 4 bereitgestellte aktuelle Förderdruck bestimmt wird, um so auf Grundlage des so ermittelten Förderdrucks der Pumpe 4 den Betrieb des Antriebsstrangs zu steuern und/oder zu regeln.
Ein Beispiel für ein solches Kennfeld zeigt 2, wobei auf der horizontal verlaufenden Achse 5 des Kennfelds der 2 ein Verhältnis zwischen dem aktuellen Fördervolumen der Pumpe 4 je Umdrehung derselben und dem maximalen Fördervolumen der Pumpe 4 je Umdrehung derselben aufgetragen ist, und wobei auf der vertikal verlaufenden Achse 6 der von der Pumpe 4 bereitgestellte Förderdruck aufgetragen ist. Das Kennfeld umfasst für mehrere Steuerdrucke, die dem Ansteuern der Pumpe 4 dienen, entsprechende Kennlinien 7, wobei die Kennlinien 7 mehrere Stützstellen aufweisen.
Dann, wenn für einen konkreten aktuellen Steuerdruck keine entsprechende Kennlinie 7 im Kennfeld hinterlegt ist und/oder wenn eine Kennlinie für ein konkretes Verhältnis aus aktuellem Fördervolumen der Pumpe 4 je Umdrehung und maximalem Fördervolumen der Pumpe 4 je Umdrehung keine Stützstelle enthält, wird zwischen den Kennlinien 7 und/oder den Stützstellen derselben interpoliert, um dann unter Verwendung des Kennfelds den von der Pumpe 4 bereitgestellten aktuellen Förderdruck zu bestimmen.
Wie bereits ausgeführt, kann der aktuelle Steuerdruck für die Pumpe 4 gemessen oder geschätzt werden. So kann der aktuelle Steuerdruck für die Pumpe 4 von einer Getriebesteuerungseinrichtung oder einer separaten Steuerungseinrichtung der Pumpe 4 gemessen oder geschätzt werden.
Ebenso kann das von der Pumpe 4 aktuell bereitgestellte Fördervolumen gemessen oder geschätzt werden. Dann, wenn die Pumpe 4 als Axialkolbenpumpe mit Schwenkscheibe ausgebildet ist, kann das aktuell bereitgestellte Fördervolumen der Pumpe 4 aus einem aktuellen Schwenkwinkel der Schwenkscheibe abgeleitet werden, wobei sich das maximale Fördervolumen der Pumpe 4 je Umdrehung derselben aus dem maximalen Schwenkwinkel der Schwenkscheibe ergibt.
Auf Grundlage des mit Hilfe eines solchen Kennfelds ermittelten, von der Pumpe 4 bereitgestellten Förderdrucks kann der Antriebsstrang gesteuert und/oder geregelt werden, so z. B. zur Bereitstellung einer Zugkraftregelung. Ferner kann mit dem so ermittelten von der Pumpe 4 bereitgestellten Förderdruck eine Grenzlastregelung etabliert werden, um den Antriebsstrang vor Überlastung zu schützen.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der hier vorliegenden Erfindung kann aus dem kennfeldbasiert ermittelten aktuellen Förderdruck der Pumpe 4 eine von der Pumpe 4 abgegebene Leistung errechnet werden, nämlich unter weiterer Verwendung des aktuellen Fördervolumens der Pumpe 4 je Umdrehung und einer aktuellen Antriebsdrehzahl der Pumpe 4. Die aktuelle Antriebsdrehzahl der Pumpe 4 kann aus der Drehzahl des Antriebsaggregats 1 und einem Übersetzungsverhältnis einer Übersetzungseinheit ermittelt werden, die zwischen das Antriebsaggregat 1 und die Pumpe 4 geschaltet ist.
Die Ermittlung der von der Pumpe 4 abgegebenen Leistung erfolgt dabei vorzugsweise unter der Verwendung der folgenden Gleichung:
wobei P_HP,AB die von der Pumpe 4 aktuell abgegebene Leistung ist, wobei ΔP der von der Pumpe 4 aktuell bereitgestellte Förderdruck ist, wobei V_G das aktuelle Fördervolumen der Pumpe 4 je Umdrehung ist, und wobei n_P die aktuelle Antriebsdrehzahl der Pumpe 4 ist.
Darüber hinaus ist es möglich, aus der aktuell von der Pumpe 4 abgegebenen Leistung P_HP,AB die von derselben aktuell aufgenommene Leistung zu ermitteln, nämlich unter Verwendung von Wirkungsgraden der Pumpe 4 und der Verwendung von Nebenverbraucherleistungsaufnahmen. Dies erfolgt dann vorzugsweise unter Verwendung der folgenden Gleichung:
wobei P_HP,AUF die von der Pumpe 4 aktuell aufgenommene Leistung ist, wobei eta_mh der mechanisch-hydraulische Wirkungsgrad der Pumpe 4 ist, wobei eta_vh der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe 4 ist, und wobei L_NV die aktuelle Nebenverbraucherleistungsaufnahme ist
Die Steuerung und/oder Regelung des Betriebs des Antriebsstrangs kann dann alternativ oder zusätzlich zum ermittelten Förderdruck der Pumpe 4 auch auf Grundlage der ermittelten aufgenommenen Leistung und/oder der ermittelten abgegebenen Leistung der Pumpe 4 erfolgen.
Beim Antriebsaggregat 1 des Antriebsstrangs kann es sich um einen Verbrennungsmotor wie z. B. einen Dieselmotor handeln. Das Antriebsaggregat 1 kann jedoch auch als Elektromotor oder Hybridmotor ausgeführt sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei leistungsverzweigten Antriebssträngen und nicht leistungsverzweigten Antriebssträngen zum Einsatzkommen.

1: Antriebsaggregat
2: Getriebe
3: Abtrieb
4: Pumpe
5: Achse
6: Achse
7: Kennlinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1789706 B1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines ein Antriebsaggregat, ein hydraulisches Getriebe mit mindestens einem Hydraulikmotor und eine dem Antreiben des oder jedes Hydraulikmotors dienende Pumpe umfassenden Antriebsstrangs, wobei die Pumpe vom Antriebsaggregat aus angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Pumpe zum Antreiben des oder jedes Hydraulikmotors bereitgestellter Förderdruck dadurch ermittelt wird, dass aus einem gemessenen oder geschätzten aktuellen Steuerdruck für die Pumpe und aus einem gemessenen oder geschätzten aktuellen Fördervolumen der Pumpe je Umdrehung derselben auf Grundlage eines Kennfelds der von der Pumpe bereitgestellte aktuelle Förderdruck bestimmt wird, wobei auf Grundlage des so ermittelten Förderdrucks der Betrieb des Antriebsstrangs gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aktuelle Fördervolumen der Pumpe je Umdrehung mit einem maximalen Fördervolumen der Pumpe je Umdrehung ins Verhältnis gesetzt wird, und dass aus diesem Verhältnis und dem aktuellen Steuerdruck der Pumpe auf Grundlage eines Kennfelds der von der Pumpe bereitgestellte Förderdruck bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem so ermittelten aktuellen Förderdruck der Pumpe, dem aktuellen Fördervolumen der Pumpe je Umdrehung und einer aktuellen Antriebsdrehzahl der Pumpe eine aktuell von der Pumpe abgegebene Leistung errechnet wird, wobei auf Grundlage der so ermittelten abgegebenen Leistung der Pumpe der Betrieb des Antriebsstrangs gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Pumpe aktuell abgegebene Leistung unter Verwendung der folgenden Gleichung errechnet wird:
wobei P_HP,AB die von der Pumpe aktuell abgegebene hydraulische Leistung ist, wobei der von der Pumpe ΔP aktuell bereitgestellte Förderdruck ist, wobei V_G das aktuelle Fördervolumen der Pumpe je Umdrehung ist, und wobei n_P die aktuelle Antriebsdrehzahl der Pumpe ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Antriebsdrehzahl der Pumpe aus der Drehzahl des Antriebsaggregats und einem Übersetzungsverhältnis einer zwischen das Antriebsaggregat und die Pumpe geschalteten Übersetzungseinheit ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus der so ermittelten aktuell abgegebenen Leistung der Pumpe, Wirkungsgraden der Pumpe und Nebenverbraucherleistungsaufnahmen eine aktuell von der Pumpe aufgenommene Leistung errechnet wird, wobei auf Grundlage der so ermittelten aufgenommenen Leistung der Pumpe der Betrieb des Antriebsstrangs gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Pumpe aktuell aufgenommene Leistung unter Verwendung der folgenden Gleichung errechnet wird:
wobei P_HP,AUF die von der Pumpe aktuell aufgenommene Leistung ist, wobei eta_mh der mechanisch-hydraulische Wirkungsgrad der Pumpe ist, wobei eta_vh der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe ist, und wobei L_NV die aktuelle Nebenverbraucherleistungsaufnahme ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grundlage des ermittelten Förderdrucks der Pumpe und/oder auf Grundlage der ermittelten abgegebenen Leistung der Pumpe und/oder auf Grundlage der ermittelten aufgenommenen Leistung der Pumpe eine Zugkraftregelung durchgeführt wird.