-
Technisches Gebiet
-
Diese
Patentoffenbarung bezieht sich allgemein auf hydrostatisch angetriebene
Fahrzeuge und insbesondere auf Verfahren zur Steuerung von Motoren,
die mit solchen Fahrzeugen assoziiert sind.
-
Hintergrund
-
Hydrostatisch
angetriebene Fahrzeuge sind bekannt. Ein typisches Fahrzeug weist
einen Motor mit einer Ausgangswelle auf, die mit einer oder mehreren
Strömungsmittelpumpen
verbunden ist. Die typische Strömungsmittelpumpe
ist mit dem Motor durch ein Getriebe verbunden und weist die Fähigkeit auf,
ihre Verdrängung
zu verändern,
um sich an Leistungsanforderungen des Fahrzeugs anzupassen. Die
mit dem Fahrzeug assoziierte Strömungsmittelpumpe
oder Strömungsmittelpumpen
ist bzw. sind über
Strömungsmitteldruckleitungen
mit verschiedenen Betätigungsvorrichtungen
und Hydraulikmotoren im gesamten Fahrzeug verbunden. Beispielsweise kann
ein Fahrzeug einen oder mehrere hydraulische Antriebsmotoren aufweisen,
die die Antriebsräder oder
-walzen antreiben und das Fahrzeug über das Gelände bewegen. Diese Motoren
werden durch einen Fluss von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
von der Pumpe angetrieben. Die Drehzahl- und Drehmomentausgabe dieser
Motoren ist proportional zur Flussrate des hydraulischen Strömungsmittels, welches
durch sie hindurch fließt.
-
Ein
Motor an einem hydrostatisch angetriebenen Fahrzeug ist oft konfiguriert,
um in kontinuierlicher Weise mit konstanter Drehzahl- und Drehmomentausgabe
zu arbeiten. Aus diesem Grund wird die Modulation der Flussrate
des hydraulischen Strömungsmittels,
welches zu den verschiedenen Systemen des Fahrzeugs geliefert wird,
durch eine Steuerung der Verdrängung
der Pumpe erreicht. Der Fahrzeugbediener bewegt einen Steuerhebel,
um eine Einstellung der Pumpenverdrängung zu bewirken. Der Steuerhebel
ist über
eine Kabelverbindung mit einem Mechanismus verbunden, der verwendet
wird, um die Verdrängung
der Pumpe zu verändern
und einzustellen. Beispielsweise kann bei einer bekannten Pumpe
mit variabler Verdrängung
mit sich hin und her bewegenden Kolben, deren Hub durch den Winkel
einer sich drehenden Taumelscheibe gesteuert werden kann, das Kabel
betriebsmäßig so angeordnet
sein, dass sich der Winkel der Taumelscheibe ansprechend auf eine
Positionsveränderung
des Steuerhebels durch den Bediener verändert.
-
Während diese
Art der Steuerung für
hydrostatische Fahrzeuge effektiv ist, sieht der Betrieb des Motors
bei diesem konstanten Zustand keine gute Brennstoffausnutzung, verringerte
Geräusche
oder Langlebigkeit im Betrieb für
das Fahrzeug vor. Das heißt,
der Betrieb des Motors des Fahrzeugs mit einer konstanten Motordrehzahl-
und Drehmomenteinstellung wird verschwenderisch, wenn das Fahrzeug nicht
mit voller Lastkapazität
arbeitet.
-
Zusammenfassung
-
Die
Offenbarung beschreibt gemäß einem Aspekt
ein Verfahren zum Betrieb eines hydrostatisch angetriebenen Fahrzeugs,
welches einen Motor aufweist, der betriebsmäßig mit einer Strömungsmittelpumpe
assoziiert ist. Die Strömungsmittelpumpe kann
einen Strömungsmittelfluss
durch zumindest einen hydrostatischen Antriebsmotor liefern, um
das Fahrzeug mit einer Fahrgeschwindigkeit anzutreiben. Der Motor
spricht auf mindestens einen Satz von Betriebsbedingungen an, die
von einem elektronischen Steuermodul angewiesen werden. Während des
Betriebs des Fahrzeugs kann der Motor in einem ersten Betriebszustand
arbeiten. Eine Steuerung wird durch einen Bediener auf eine erwünschte Strömungsmittelflussrate
entsprechend einer ersten Verdrängungseinstellung
der Pumpe eingestellt, und das Fahrzeug wird mit einer Fahrgeschwindigkeit
angetrieben, in dem der Strömungsmittelfluss
durch den Antriebsmotor läuft.
Die Fahrgeschwindigkeit ist proportional zur Flussrate des Strömungsmittels,
welches durch den Antriebsmotor läuft. Der Druck des Strömungsmittelflusses
wird mit einem Sensor abgefühlt
und an die elektronische Steuervorrichtung weitergeleitet. Ein zweiter
Betriebszustand für
den Motor wird durch die elektronische Steuervorrichtung basie rend
auf dem Druck des Strömungsmittelflusses,
basierend auf der Verdrängungseinstellung
der Pumpe und basierend auf zumindest einem Parameter des ersten
Betriebszustandes bestimmt. Der Motor wird dann mit dem zweiten
Betriebszustand betrieben, während
die Fahrgeschwindigkeit konstant gehalten wird. Der zweite Betriebszustand
hat eine verbesserte Brennstoffausnutzung und verringertes Geräusch im
Vergleich zum ersten Betriebszustand.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt beschreibt die Offenbarung ein Steuersystem, welches
eine Steuerung aufweist, die mit der Pumpe mit variabler Verdrängung verbunden
ist und betreibbar ist, um eine erwünschte Flussrate des Strömungsmittelflusses
einzustellen. Ein Verdrängungssensor,
der mit der Pumpe mit variabler Verdrängung verbunden ist, fühlt eine
Verdrängungseinstellung
der Pumpe mit Variabler Verdrängung
ab, und ein Drucksensor fühlt den
Druck des Strömungsmittels
ab, welches den Antriebsmotor antreibt. Die elektronische Steuervorrichtung
empfängt
die erwünschte
Flussrate bzw. Soll-Flussrate des Strömungsmittelflusses, die Verdrängungseinstellung
vom Verdrängungssensor
und den Druck des Strömungsmittels
und bestimmt einen Pumpenlastfaktor basierend auf der Verdrängungseinstellung
und dem Druck. Ein Motorbetriebsparameter wird basierend auf dem
bestimmten Pumpenlastfaktor und der erwünschten Flussrate gegenüber einer
Karte bzw. einem Kennfeld von Motorbetriebsparametern berechnet.
Der Brennstofflieferbefehl des Motors und/oder die Verdrängungseinstellung der
Pumpe und/oder eine Verdrängungseinstellung des
Antriebsmotors wird/werden verändert,
um den Betrieb und den Wirkungsgrad des Fahrzeugs zu verbessern.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist
eine Ansicht eines Beispiels eines hydrostatisch angetriebenen Fahrzeugs
gemäß der Offenbarung;
-
2 ist
ein Blockdiagramm von verschiedenen Komponenten und Systemen des
in 1 gezeigten Fahrzeugs.
-
3 ist
eine funktionelle Abbildung eines ersten Ausführungsbeispiels eines hydraulischen Systems
gemäß der Offenbarung.
-
4 ist
eine funktionelle Abbildung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Hydrauliksystems
gemäß der Offenbarung.
-
5 ist
eine funktionelle Abbildung von zumindest einem Teil der Logik,
die in dem elektronischen Steuermodul des ersten Ausführungsbeispiels vorgesehen
ist.
-
6 ist
ein Beispiel einer generischen Leistungskurve für einen Motor.
-
7 ist
eine funktionelle Abbildung von zumindest einem Teil der Logik,
die in dem elektronischen Steuermodul des zweiten Ausführungsbeispiels
vorgesehen ist.
-
Detaillierte Beschreibung
-
Diese
Offenbarung bezieht sich auf Verfahren und Prozesse zur Optimierung
des Betriebs von hydrostatisch angetriebenen Fahrzeugen insofern als
Brennstoffverbrauch und -geräusche
verringert werden, während
die Service- bzw. Betriebslebensdauer und die Instandhaltungsintervalle
vergrößert werden.
Ein Druck des Hydrauliksystems wird abgefühlt und an eine elektronische
Steuervorrichtung weitergeleitet, welche einen Optimierungsalgorithmus
ausführt,
der verschiedene Motor- und Hydrauliksystemparameter einstellt,
so dass der Motor in einem effizienteren Zustand arbeiten kann,
während adäquate Leistung
geliefert wird, um die Anforderungen des Fahrzeugs zu erfüllen. Beispielsweise
kann der Motor mit niedrigerer Motordrehzahl und niedrigerer Drehmomentausgabe
arbeiten, wenn die Anforderung des Fahrzeugs weniger als maximal
ist. Wenn die Steuervorrichtung bestimmt, dass die Leistungsausgabe
des Motors den Leistungsverbrauch des Systems übersteigt, kann die Steuervorrichtung insbesondere
geeignete Ausgangssignale liefern, um den Betriebszustand des Motors
einzustellen, um eine verbesserte Brennstoffausnutzung zu erreichen. In
einigen Ausführungsbeispielen
kann die Steuervorrichtung auch die Motordrehzahl des laufenden Motors
verringern, während
als Kompensation eine Vergrößerung der
Verdrängung
der Pumpe oder der Antriebsmotoren vorgesehen wird, so dass die
Flussrate des Systems konstant gehalten wird, während die Brennstoffausnutzung
und die Servicelebensdauer des Fahrzeugs verbessert werden.
-
Eine
Ansicht eines Beispiels eines hydrostatisch angetriebenen Fahrzeugs 100 ist
in 1 gezeigt. Das Fahrzeug 100 ist ein Bodenverdichterfahrzeug,
welches nur zu Veranschaulichungszwecken verwendet wird. Wie klar
sein wird, lässt
sich diese Offenbarung auf jegliche Anwendung einer hydrostatischen
Antriebsanordnung in anderen Arten von Fahrzeugen anwenden.
-
Das
Fahrzeug 100 weist einen Motorrahmenteil 102 und
einen Nicht-Motor-Rahmenteil 104 auf.
Die zwei Rahmenteile 102 und 104 sind durch eine
Gelenkverbindung 106 verbunden, welche ein Scharnier 108 aufweist,
das gestattet, dass das Fahrzeug 100 während des Betriebs lenkt. Der
Motorahmenteil 102 des Rahmens weist einen Motor 110 und einen
Satz von Rädern 112 auf
(wobei nur ein Rad sichtbar ist). Der Motor 110 kann ein
Verbrennungsmotor sein, beispielsweise ein kompressions- bzw. verdichtungsgezündeter Motor,
jedoch kann der Motor 110 im Allgemeinen irgendein Primärantrieb
sein, der Leistung an verschiedene Systeme des Fahrzeugs liefert,
indem er Brennstoff verbraucht.
-
In
dem beispielhaften Fahrzeug 100, welches hier dargestellt
wird, nimmt der Nicht-Motor-Rahmenteil 104 eine Walze 114 auf,
die sich um eine Mittellinie davon dreht, während das Fahrzeug 100 in
Bewegung ist. Die Walze 114, die einen (nicht gezeigten)
inneren Schwingungsmechanismus aufweisen kann, wirkt dahingehend,
dass sie das Gelände
unter dem Fahrzeug 100 verdichtet. Das Fahrzeug 100 wird
typischerweise von einem Bediener betrieben, der in einer Kabine 116 ist.
Die Kabine 116 kann eine Sitz 118, einen Lenkmechanismus 120,
einen Geschwindigkeitsdrossel- oder Steuerhebel 122 und
eine Konsole 124 aufweisen. Ein Bediener, der die Kabine 116 einnimmt,
kann die verschiedenen Funktionen und die Bewegung des Fahrzeugs 100 beispielsweise
durch Verwendung des Lenkmechanismus 120 zur Einstellung
einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100 oder durch Verwendung
des Steuerhebels 122 zur Einstellung der Fahrgeschwindigkeit des
Fahrzeugs steuern. Wie klar sein wird, sind die Darstellungen der
verschiedenen Steuermechanismen, die hier dargestellt werden, grundlegend
und sollen alle möglichen
Mechanismen oder Vorrichtungen umfassen, die verwendet werden, um
Befehle eines Bedieners für
ein Fahrzeug weiterzuleiten.
-
Ein
Blockdiagramm von verschiedenen Komponenten und Systemen des Fahrzeugs 100 ist in 2 gezeigt.
Der Motor 110 kann über
ein Getriebe 202 mit zwei Pumpen mit variabler Verdrängung verbunden
sein, die im Allgemeinen als 204 gezeigt sind. Eine erste
Pumpe 206 mit variabler Verdrängung kann mit einer zweiten
Pumpe 208 mit variabler Verdrängung entlang ihren jeweiligen
(nicht gezeigten) Eingangsantriebswellen verbunden sein. Die zwei
Pumpen 204 sind mit dem Getriebe 202 so verbunden,
dass beide Pumpen 204 zusammen vom Motor 110 angetrieben
werden. Wie klar sein wird, kann eine einzelne Pumpe anstelle der
zwei Pumpen 204 verwendet werden, oder alternativ können mehr als
zwei Pumpen gleichzeitig oder in irgendeiner anderen geeigneten
Anordnung verwendet werden.
-
Die
erste Pumpe 206 mit variabler Verdrängung kann mit einem ersten
Antriebsmotor 210 verbunden sein. Der Antriebsmotor 210 kann
ein hydrostatischer Antriebsmotor sein, der dahingehend arbeitet,
dass er ein Differenzial 212 dreht, welches die Räder 112 antreibt.
Der erste Antriebsmotor 210 hat einen Strömungsmitteleinlass 214,
der mit einem Strömungsmittelauslass 216 der
ersten Pumpe 206 über
eine Rückantriebsschaltungsströmungsmittelversorgungsleitung 218 verbunden
ist. Ein Strömungsmittelausgang
oder -rücklauf 220 des
ersten Antriebsmotors 210 ist mit einem Strömungsmittelrücklaufanschluss 222 der
ersten Pumpe 206 über eine
Rückwärtsantriebsschaltungsströmungsmittelrückleitung 224 verbunden.
Die Strömungsmittelrückleitung 224 kann
direkt mit einem geeigneten Anschluss der ersten Pumpe 206 verbunden
sein oder kann alternativ direkt mit einem (nicht gezeigten) Strömungsmittelreservoir
verbunden sein, welches Strömungsmittel
speichert und die erste Pumpe 206 mit Strömungsmittel
versorgt. In ähnlicher
Weise kann die zweite Pumpe 208 mit einem Walzenantriebsmotor 226 verbunden
sein. Der Antriebsmotor 226 kann dahingehend arbeiten,
dass er die Walze 114 dreht und er kann einen Strömungsmitteleinlass 228 aufweisen,
der mit einem Strömungsmittelauslass 230 der
zweiten Pumpe 208 über
eine Vorwärtsantriebsschaltungsströmungsmittelversorgungsleitung 232 verbunden
ist. In ähnlicher
Weise ist ein Strömungsmittelauslass
oder -rücklauf 234 des
Antriebsmotors 226 mit einem Strömungsmittelrücklaufanschluss 236 der
zweiten Pumpe 208 über eine
Vorwärtsantriebsschaltungsströmungsmittelrückleitung 238 verbunden.
-
Drucksensoren 240,
zumindest jeweils einer, sind an den Vorwärts- und Rückwärtsströmungsmittelversorgungsleitungen 218 und 232 angeschlossen.
Wie klar sein wird, kann mehr als ein Sensor 240 mit jeder
Leitung verbunden sein, oder alternativ kann ein Sensor an einer
der Versorgungsleitungen 218 und 232 verwendet
werden, jedoch nicht an der anderen. In dem gezeigten beispielhaften
Ausführungsbeispiel
sind die Sensoren 240 so angeordnet, dass sie individuell
den Druck des Strömungsmittels abfühlen, welches
durch sowohl die Rückwärtsströmungsmittelversorgungsleitung 218 als
auch durch die Vorwärtsströmungsmittelversorgungsleitung 232 läuft. Jeder
der Sensoren 240 ist mit einem elektronischen Steuermodul
(ECM = electronic control module) 242 verbunden und liefert
Drucksignale an dieses. Das elektronische Steuermodul 242 kann
an irgendeiner Stelle an dem Fahrzeug oder Motor befestigt sein
und kann mit den Sensoren und mit anderen Komponenten des Fahrzeugs 100 und/oder
des Motors 110 in irgendeiner bekannten Weise verbunden sein.
Beispielsweise kann das elektronische Steuermodul 242 über Drähte angeschlossen
sein, die eine Spannung oder einen Strom führen, der proportional zu dem
von den Sensoren 240 abgefühlten Druck ist, oder über Drähte und
andere Leitungen, die digitale Informationen mit einer CAN-Verbindung
(CAN = closed area network = abgeschlossenes (Fahrzeug-)Netzwerk)
zwischen dem elektronischen Steuermodul 242 und den Sensoren 240 leiten.
Das elektronische Steuermodul 242 kann weiter mit einem Verdrängungssensor 244 verbunden
sein, der die Verdrängung
der ersten Pumpe 206 oder der zweiten Pumpe 208 oder
beider Pumpen gleichzeitig misst. Ein einzelner Verdrängungssensor 244 ist
aus Vereinfachungsgründen
gezeigt, jedoch kann mehr als sein Sensor verwendet werden, um eine
Verdrängung
von einer oder beiden der Pumpen 206 und 208 abzufühlen. Auf
jeden Fall arbeitet der Verdrängungssensor 244 dahingehend,
dass er ein Verdrängungsabfühlsignal
an das elektronische Steuermodul 242 liefert.
-
Ein
funktionelles Diagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Hydrauliksystems 300 gemäß der Offenbarung
ist in 3 gezeigt. Das System 300 weist einen
Motor 302 auf, der betriebsmäßig mit einer oder mehreren
Strömungsmittelpumpen
mit variabler Verdrängung
oder mit einem Pumpensystem 304 verbunden ist. Alle Strömungsmittel führenden
Verbindungspfade in dieser Veranschaulichung sind durch durchgezogene
Linien bezeichnet, und alle Verbindungspfade für Leistung und/oder Informationen
zwischen den Komponenten werden durch Punktlinien bezeichnet. Gestrichelte
Linien werden verwendet, um optionale Komponenten zu bezeichnen.
Während
des Betriebs des Systems 300 wird Motorleistung (durch
die gepunktete Linie bezeichnet) durch den Motor 302 erzeugt
und an das Pumpensystem 304 übertragen. Das Pumpensystem 304 ist
angeordnet bzw. geeignet, um Motorleistung aufzunehmen und sie zu
verwenden, um einen Fluss von hydraulischem Strömungsmittel von einem Reservoir 306 durch
eine Einlassleitung 308 zu pumpen. Das Pumpensystem 304 pumpt
den Fluss des Strömungsmittels
aus einem oder mehreren Auslassdurchlässen, in diesem Fall aus einem
ersten Antriebsdurchlass 310 und einem zweiten Antriebsdurchlass 312.
Der Strömungsmittelfluss
in dem ersten Antriebsdurchlass 310 wird zu einem ersten
Antriebsmotor 314 geleitet. Wie beschrieben, kann der erste
Antriebsmotor 314 ein hydrostatischer Antriebsmotor sein,
der dahingehend arbeitet, dass er ein oder mehrere Räder oder
eine Walze des Fahrzeugs antreibt. Der erste Antriebsmotor 314 hat
vorzugsweise die Fähigkeit
zur variablen Verdrängung. Eine
Verdrängung
des ersten Antriebsmotors 314 kann durch eine Betätigungsvorrichtung 316 gesteuert
werden. Ein optionaler Positions- oder Verdrängungssensor 318,
der in gestrichelter Linie gezeigt ist, kann mit dem ersten Antriebsmotor 314 und/oder der
damit assoziierten Betätigungsvorrichtung 316 verbunden
sein und kann angeordnet sein, um Informationen bezüglich des
Verdrängungszustandes
des ersten Motors 314 abzufühlen und an das elektronische
Steuermodul 320 in geeigneter Weise weiterzuleiten, wie
zuvor beschrieben. Die Betätigungsvorrichtung 316 des
ersten Antriebsmotors 314 ist in geeigneter Weise mit dem
elektronischen Steuermodul 320 verbunden, ist konfiguriert,
um Positionsbefehle von dem elektronischen Steuermodul 320 aufzunehmen
und arbeitet dahingehend, dass sie einen Verdrängungszustand des ersten Antriebsmotors 314 verändert.
-
In ähnlicher
Weise ist ein zweiten Antriebsmotor 322 zur variablen Verdrängung fähig. Die
Verdrängung
des zweiten Antriebsmotors 322 kann durch eine Betätigungsvorrichtung 324 gesteuert werden.
Ein optionaler Positions- oder Verdrängungssensor 326,
der auch in gestrichelten Linien gezeigt ist, kann mit dem zwei ten
Antriebsmotor 322 und/oder der Betätigungsvorrichtung 324 verbunden sein
um Informationen bezüglich
des Verdrängungszustandes
des zweiten Motors 322 abzufühlen und an das elektronischen
Steuermodul 320 weiterzuleiten. Die Betätigungsvorrichtung 324 des
zweiten Antriebsmotors 322 ist konfiguriert, um Positionsbefehle von
dem elektronischen Steuermodul 320 aufzunehmen und arbeitet
dahingehend, dass sie einen Verdrängungszustand des zweiten Antriebsmotors 322 verändert.
-
Die
ersten und zweiten Antriebsmotoren 314 und 322 nehmen
einen Strömungsmittelfluss
während
des Betriebs auf, und zwar jeweils durch den ersten Antriebsdurchlass 310 und
den zweiten Antriebsdurchlass 312. Der Strömungsmittelfluss
kann zum Pumpensystem 304 zurückgeleitet werden oder kann,
wie in diesem Ausführungsbeispiel
gezeigt, zum Strömungsmittelreservoir 306 zurückgeleitet werden,
und zwar jeweils durch einen ersten Rücklaufdurchlass 328 und
einen zweiten Rücklaufdurchlass 330.
Strömungsmittel
im ersten Antriebsdurchlass 310 und im zweiten Antriebsdurchlass 312 kann auf
einem hohen Druck sein, um die Motoren 314 und 322 anzutreiben,
während
Strömungsmittel
im ersten Rücklaufdurchlass 328 und
im zweiten Rücklaufdurchlass 330 auf
einem niedrigen Druck oder atmosphärischen Druck sein kann.
-
Ein
erster Drucksensor 332 kann in Strömungsmittelverbindung mit dem
ersten Antriebsdurchlass 310 sein. Der erste Drucksensor 332 kann angeordnet
sein, um den Druck des Strömungsmittelflusses
zu messen, welcher zum ersten Antriebsmotor 314 geliefert
wird. Der erste Drucksensor 332 kann ein analoges oder
digitales elektrisches Signal ausgeben, welches proportional zu
dem abgefühlten Druck
des Strömungsmittels
ist. Dieses Signal oder diese Auslesung wird dann an das elektronische Steuermodul 320 durch
eine Verbindungsleitung 334 weitergeleitet, die in gepunkteter
Linie gezeigt ist. In ähnlicher
Weise kann ein zweiter Drucksensor 336 in Strömungsmittelverbindung
mit dem zweiten Antriebsdurchlass 312 sein. Der zweite
Drucksensor 336 kann angeordnet bzw. geeignet sein, um
den Druck des Strömungsmittelflusses
zu messen, der zum zweiten Antriebsmotor 322 geliefert
wird, und kann ein analoges oder digitales elektrisches Signal ausgeben,
welches proportional zu dem Druck des abgefühlten Strömungsmittels ist. Dieses Signal
oder diese Auslesung wird auch an das elektronische Steuermodul 320 durch
eine Verbindungsleitung 338 weitergeleitet, die in gestrichelter
Linie gezeigt ist. Wie klar sein wird, können weniger oder mehr als zwei
Drücke
entweder in dem gezeigten System oder in anderen Systemen mit weniger
oder mehr damit assoziierten Antriebsmotoren verwendet werden.
-
Während das
System 300 arbeitet, kann ein Bediener die Flussrate des
Strömungsmittels
einstellen, die durch das Pumpensystem 304 gepumpt wird. Beispielsweise
bestimmt in dem Fall, wo die ersten und zweiten Antriebsmotoren 314 und 322 betriebsmäßig mit
Rädern
oder Walzen eines Fahrzeugs verbunden sind, die Flussrate des Strömungsmittels, das
durch die ersten und zweiten Antriebsmotoren 314 und 322 läuft, die
Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Wie bekannt ist, steigt die Ausgangsdrehzahl eines
hydrostatischen Antriebsmotors, wenn die Flussrate des dort hindurch
laufenden Strömungsmittels
vergrößert wird.
Ein Steuerhebel 340 ist mit einem (nicht gezeigten) Verdrängungsmechanismus der
Pumpe oder der Pumpen 304 über eine Verbindung 342 verbunden.
Die Verbindung 342 gestattet die Übermittlung von irgendeiner
manuellen Verschiebung oder einem Steuersignal, welches durch die
Verschiebung des Steuerhebels 340 erzeugt wird, an das
Pumpensystem 304. Veränderungen
der Verschiebung des Steuerhebels 340 können entsprechende Veränderungen
der Verdrängung
in dem Pumpensystem 304 bewirken, wodurch somit Veränderungen
des Strömungsmittelflusses
bewirkt werden, welches durch die ersten und zweiten Antriebsmotoren 314 und 322 läuft, um
schließlich
Veränderungen
der Fahrgeschwindigkeit des Motors zu bewirken.
-
Ein
Verdrängungssensor 344 ist
in geeigneter Weise mit dem Pumpensystem 304 verbunden und
angeordnet, um einen Verdrängungszustand oder
Verdrängungsstatus
des Pumpensystems 304 abzufühlen. Der Verdrängungssensor
kann ein Verdrängungssignal
erzeugen, welches in Form eines analogen oder digitalen Signals,
welches den Betriebszustand des Pumpensystems 304 anzeigt,
an das elektronische Steuermodul 320 über eine geeignete Kommunikationsleitung 346 übertragen
werden kann. Das elektronische Steuermodul 320 kann auch Informationen
von verschiedenen Komponenten des Motors 302 durch einen
geeigneten Verbindungspfad empfangen und Befehle an die verschiedenen
Komponenten senden, wie im Allgemeinen bei 348 gezeigt.
Beispielsweise können
Motorinformationen verschiedene Motorparameter aufweisen, wie beispielsweise
Motordrehzahl und Motorbelastung oder Drehmomentausgabe.
-
Ein
Funktionsdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Hydrauliksystems 400 gemäß der Offenbarung
ist in 4 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel werden gleiche
Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie diese zuvor
verwendet wurden, um Komponenten des ersten Ausführungsbeispiels zu beschreiben,
und zwar aus Gründen
der Abkürzung
und Vereinfachung. Das System 400 weist den Motor 302 auf,
der betriebsmäßig mit
einer oder mehreren Strömungsmittelpumpen mit
variabler Verdrängung
oder im Allgemeinen mit einem Pumpensystem 404 verbunden
ist. Das Pumpensystem 404 hat eine Fähigkeit zur variablen Verdrängung, die
durch eine Betätigungsvorrichtung oder
durch mehrere Betätigungsvorrichtungen 406 gesteuert
wird. Anders als das Pumpensystem 304 des ersten Ausführungsbeispiels
wird die Steuerung der Verdrängung
des Pumpensystems 404 elektronisch durch die Wirkung der
Betätigungsvorrichtung(en) 406 erreicht.
Eine Kommunikationsverbindung 408 verbindet ein elektronisches
Steuermodul 420 mit der Betätigungsvorrichtung (den Betätigungsvorrichtungen) 406,
so dass Verdrängungsbefehle
an die Betätigungsvorrichtung(en) 406 weitergeleitet
werden können,
die ansprechend darauf dahingehend wirken wird bzw. werden, dass
die Verdrängungsposition
des Pumpensystems 404 verändert wird, und daher die Flussrate
des Strömungsmittels
und die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs verändert wird. Anders gesagt,
das System 400 des zweiten Ausführungsbeispiels ist für eine "Fly-By-Wire-Steuerung" bzw. drahtgebundene
Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit durch den Bediener konfiguriert.
-
Hier
ist ein Steuerhebel 410 mit einem Steuersensor 412 verbunden.
Eine Verschiebung des Steuerhebels 410 wird durch den Steuersensor 412 abgefühlt, der
ein elektrisches Signal, welches die Position des Steuerhebels 410 anzeigt,
an die elektronische Steuervorrichtung 420 über eine
Steuerkommunikationsleitung 413 sendet. Das Signal vom Steuersensor 412 kann
irgendeine Art eines bekannten geeigneten Signals sein, beispielsweise
ein analoges oder digitales Signal, welches von dem elektronischen
Steuermodul 420 empfangen und interpretiert wird. Die Steuerung
der Verdrängungsposition des
Pumpensystems 404 durch das elektronische Steuermodul 420 kann
in Form eines Regelungssteuerschemas (Closed Loop) sein. Ein Regelungssteuerschema
verwendet eine Rückmeldung
bzw. Rückkoppelung
von einem Sensor, der mit dem gesteuerten System verbunden ist,
um die Steuergröße zu messen,
die nötig
ist, um eine erwünschte
Position zu erreichen. In diesem Fall ist ein Verdrängungssensor 444,
der mit dem Pumpensystem 404 verbunden ist, angeordnet,
um die Verdrängungsposition
des Systems 404 abzufühlen
und diese Informationen zurück
an das elektronische Steuermodul 420 durch eine Verdrängungsrückkoppelungsleitung 446 zu
leiten.
-
Während des
Betriebs des Systems 400 pumpt das Pumpensystem einen Strömungsmittelfluss
zu einem ersten Antriebsmotor 414 und zu einem zweiten
Antriebsmotor 422. Anders als die ersten und zweiten Antriebsmotoren 314 und 322 des ersten
Ausführungsbeispiels
haben die ersten und zweiten Antriebsmotoren 414 und 422 eine
feste Verdrängung.
Hier könnte
eine Fähigkeit
zur variablen Verdrängung
bei den Motoren 414 und 422 vorteilhaft sein,
um feiner die Fahrgeschwindigkeit in einigen Situationen zu steuern
und dies wird als optional angesehen. Beim zweiten Ausführungsbeispiel
sind der erste Drucksensor 332 und der zweite Drucksensor 336 angeordnet,
um den Druck des Strömungsmittels
in dem ersten Antriebsdurchlass 310 bzw. im zweiten Antriebsdurchlass 312 abzufühlen.
-
Während das
System 400 in Betrieb ist, kann ein Bediener die Flussrate
des Strömungsmittels
einstellen, welches durch das Pumpensystem 404 gepumpt
wird, und zwar durch Bewegung des Steuerhebels 410. Die
Verdrängung
wird von dem Steuersensor 412 abgefühlt und an das elektronische
Steuermodul 420 weitergeleitet, wo sie als eine erwünschte Geschwindigkeit
bzw. Soll-Geschwindigkeit interpretiert wird. Die erwünschte Geschwindigkeit
wird in eine erwünschte
Position für
die Verdrängung
des Pumpensystems 404 übertragen,
und ein Befehl wird an die Betätigungsvorrichtung(en) 406 gesendet,
um die Veränderung
zu bewirken. Der Verdrängungssensor 444 liefert
die Rückkoppelung
an das elektronische Steuermodul 420, die erforderlich
ist, um in geeigneter Weise die Betätigungsvor richtung(en) 406 so
anzuweisen, dass die erwünschte
Verdrängung des
Pumpensystems 404 erreicht wird. Nachdem die erwünschte Verdrängung erreicht
worden ist, bewirkt eine erwünschte
Flussrate, die zu den ersten und zweiten Antriebsmotoren 414 und 422 fließt, dass das
Fahrzeug mit der erwünschten
Geschwindigkeit fährt.
-
Ein
funktionelles Diagramm von zumindest einem Teil der in dem elektronischen
Steuermodul 320 vorgesehenen Logik, welches im Zusammenhang
mit dem ersten Ausführungsbeispiel
der 3 beschrieben wurde, ist in 5 gezeigt.
Ein Logikmodul 500 empfängt
Eingangsgrößen bezüglich des Betriebes
von verschiedenen Motor- und Hydrauliksystemkomponenten. Ein erster
Eingangsknoten 502 ist angeordnet, um ein Drucksignal oder
einen Druckwert zu empfangen. Der Druckwert, der am ersten Knoten 502 vorhanden
ist, kann eine Anzeige des Strömungsmitteldruckes
sein, der in den ersten und/oder zweiten Antriebsschaltungen 310 und 312 vorhanden
ist, wie oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel
besprochen.
-
Ein
zweiter Eingangsknoten 504 ist angeordnet, um ein Verdrängungssignal
oder einen Verdrängungswert
zu empfangen. Der Verdrängungswert, der
am zweiten Knoten 504 vorhanden ist, kann eine Anzeige
des Verdrängungszustandes
des Pumpensystems 304 sein, wie in der Darstellung des
Systems 300 des ersten Ausführungsbeispiels besprochen.
Ein dritter Eingangsknoten 506 ist angeordnet, um eine
Motordrehzahl oder Umdrehungen pro Minute (U/min) des Motors 302 zu
empfangen. Der U/min-Wert kann einer der verschiedenen Parameter sein,
die an das elektronische Steuermodul 320 über den
Verbindungspfad 348 geleitet werden.
-
Die
Werte von den ersten, zweiten und dritten Eingangsknoten 502, 504 und 506 treten
in eine Systemlastfaktorkorrelationsfunktion 508 ein. Diese Korrelationsfunktion 508 kann
verschiedene Parameter enthalten, welche basierend auf voreingestellten
Gleichungen des Systems den Lastfaktor des Systems zu irgendeinem
gegebenen Zeitpunkt berechnen oder den Lastfaktor basierend auf
(nicht gezeigten) vorbestimmten Datenanordnungen bzw. Kennfeldern
interpolieren. Der Lastfaktor kann ein dimensionsloser Parameter Lastfaktor
kann ein dimensionsloser Parameter sein, der den Prozentsatz der von
dem Fahrzeug verwendeten Energie im Verhältnis zur Gesamtenergie anzeigt,
die in das System vom Motor eingegeben wurde. Alternativ kann der Lastfaktor
die Arbeit sein, die von dem System verbraucht wurde, die in Einheiten
von Arbeit, Leistung oder Drehmoment gemessen wird. Daher kann einerseits
der Lastfaktor die Tendenz haben, zuzunehmen, wenn die in das System
vom Motor eingegebene Energie zunimmt, wie durch die Umdrehungen
pro Minute des Motors angezeigt. Andererseits kann der Lastfaktor
die Tendenz haben, abzunehmen, wenn die in das System eingegebene
Energie abnimmt, und wenn die von dem System verbrauchte Energie abnimmt,
wie von dem Druck und der gegenwärtigen Verdrängung der
Pumpe angezeigt. Basierend auf dem Vorangegangenen wird klar sein,
dass der Lastfaktor proportional zu den Umdrehungen pro Minute des
Motors ist, weiter proportional zum abgefühlten Druck und umgekehrt proportional
zur Verdrängung des
Pumpensystems. In Fällen,
wo das Fahrzeug sich mit niedriger Geschwindigkeit bewegt, jedoch der
Motor mit hoher Umdrehungsanzahl pro Minute arbeitet, wird daher
der Lastfaktor hoch sein, weil der Fluss des Strömungsmittels zu den Antriebsmotoren niedrig
sein wird, wobei die Verdrängung
des Pumpensystems niedrig sein wird, jedoch der Druck wahrscheinlich
hoch sei wird.
-
Die
Korrelationsfunktion 508 kann auch die erwünschte Fahrgeschwindigkeit
des Fahrzeugs ableiten, wie durch einen erwünschten Strömungsmittelfluss bzw. Soll-Strömungsmittelfluss
von der Pumpe ausgedrückt.
Der erwünschte
Strömungsmittelfluss
von der Pumpe kann durch die Kombination der Umdrehungen des Motors
pro Minute mit der Verdrängung
der Pumpe berechnet werden. Wie bekannt ist, kann der Strömungsmittelfluss
von der Pumpe berechnet werden, wenn die Drehgeschwindigkeit bzw.
Drehrate der Pumpe und der Verdrängungszustand
der Pumpe bekannt sind. Basierend auf diesen Berechnungen wird der
Lastfaktor aus der Korrelationsfunktion 508 an einem vierten
Knoten 510 ausgegeben, und die erwünschte Flussrate des Strömungsmittels
wird an einem fünften
Knoten 512 ausgegeben.
-
Eine
Motorbetriebsnachschautabellenfunktion bzw. Motorkennfeldtabellenfunktion 514 empfängt den
Lastfaktor von dem vierten Knoten 510 und den erwünschten Fluss
vom fünften
Knoten 512. Die Motorbetriebsfunktion 514 kann
zwei- oder dreidimensionale Anordnungen von Daten enthalten, die
Lastfunktionen mit erwünschten
Flussraten in Beziehung setzen und unterschiedliche Kombinationen
von Systemparametern ergeben, die akzeptable Systemleistungen mit
minimaler Verschwendung erzeugen können. Insbesondere kann die
Motorbetriebsfunktion 514 unterschiedliche Kombinationen
von Motor-U/min-Werten mit Motorverdrängungswerten enthalten, die
sowohl die erwünschte
Strömungsmittelflussrate
zu den Antriebsmotoren des Systems ergeben werden, jedoch auch verringerte
Drücke
innerhalb des Systems zur Folge haben werden und auch den Motor
wirtschaftlich und mit niedriger Umdrehungsanzahl pro Minute betreiben
können.
Als eine Folge der Berechnungen oder Interpolationen mit der Motorsteuerfunktion 514 kann
eine Ausgangsgröße an einem
sechsten Knoten 516 ein neuer Verdrängungsbefehl für jeden
der ersten und zweiten Antriebsmotoren sein, der, wie oben beschrieben,
dahingehend wirken kann, dass er die Verdrängung der ersten und zweiten
Antriebsmotoren verändert.
Eine zweite Ausgangsgröße an einem
siebten Knoten 518 kann ein U/min-Wert sein, der den Betrieb
des Motors unter den gegebenen Bedingungen optimiert.
-
Der
Lastfaktorwert am fünften
Knoten 510 kann zusammen mit dem U/min-Wert am siebten Knoten 518 zu
einer Nachschautabellen- bzw. Kennfeldfunktion 520 weitergeleitet
werden, die eine oder mehrere Leistungskurven für den Motor enthält. Ein Beispiel
einer generischen bzw. grundlegenden Leistungs- oder Drehmomentkurve
für einen
Motor ist in 6 gezeigt. Die Kurvendarstellung
der 6 ist eine grafische Darstellung einer zweidimensionalen Anordnung
von Werten, die in der Steuervorrichtung liegen und sie ist mit
Werten angefüllt,
während
der Motor "kalibriert" wird, oder während der
Motor immer noch in seinem Entwicklungszustand ist. Die Kurvendarstellung
weist eine horizontale Achse 602 auf, die einen Bereich
von Motor-U/min-Werten darstellt, und eine vertikale Achse 604,
die einen Bereich von Drehmomentwerten darstellt. In der gezeigten
Kurvendarstellung entsprechen die Drehmomentwerte der vertikalen
Achse 604 den Drehmomentausgaben des Motors während des
Betriebs. Während
der Motor auf einem gegebenen U/min-Wert arbeitet, gibt es zahlreiche
Drehmomentwerte, die für
einen kompressionsgezündeten
Motor variierenden Brennstoffliefermengen entsprechen, die in den
Motor eingespritzt werden. Es gibt einen maximalen Drehmomentwert
für jeden
U/min-Wert, bei dem der Motor arbeiten kann, und die Sammlung von
allen maximalen Drehmomentwerten wird typischerweise als eine "Durchzugslinie" (lug line) oder
Leistungskurve 606 dargestellt. In der Kurvendarstellung
der 6 ist zu sehen, dass die Leistungskurve 606 in
drei Teile aufgeteilt ist, in einen Teil 608 für den niedrigen
Bereich, in einen Teil 610 für den mittleren Bereich und
in einen Teil 612 für
den hohen Bereich.
-
Jeder
Motor hat einen Betriebsbereich, in dem er am effizientesten arbeitet.
In der beispielhaften Darstellung der 6 wird der
Motor am effizientesten während
des Betriebs entlang des Bereichs 610 für den mittleren Bereich der
Leistungskurve 606 arbeiten. Ein Betrieb des Motors über oder
unter dem mittleren Bereich 610 wird bezüglich der
Zwecke für den
Brennstoffverbrauch weniger effizient sein. Werte für Umdrehungen
pro Minute und Drehmoment, die entlang der Leistungskurve als Betriebsbedingungen
ausgewählt
sind, sind vorteilhaft für
die Brennstoffausnutzung des Motors.
-
Wieder
mit Bezug auf das Blockdiagramm der 5 können der
Lastfaktor am Knoten 510 und der erwünschte U/min-Wert am Knoten 518 in
die Motorbetriebsfunktion 520 eingegeben werden und verwendet
werden, um einen Satz von U/min- und Drehmomentbedingungen zum Betrieb
des Motors auszuwählen,
die sowohl ausreichend sind, um die Leistungsausgabe des Motors
zu erreichen, welche die Anforderungen des Hydrauliksystems erfüllt, als auch
geeignet sind, um den Motor in effizienter Weise zu betreiben. Daher
kann ein achter Knoten 522 einen U/min-Befehl oder eine
Ausgabe aus der Nachschaufunktion 520 führen, und ein neunter Knoten 524 kann
einen Drehmoment- oder Brennstoffversorgungsbefehl führen. Die
Befehle oder Ausgangsgrößen der
achten und neunten Knoten 522 und 524 können durch
andere Teile des elektronischen Steuermoduls 320 als Betriebsfehle
für den
Motor geleitet werden.
-
Ein
funktionelles Diagramm für
zumindest einen Teil der Logik 700, die in dem elektronischen Steuermodul 420 vorgesehen
ist, die im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel der 4 beschrieben
wurde, ist in 7 gezeigt.
-
Wie
zu sehen ist, ist das Steuerschema in diesem Ausführungsbeispiel
vereinfacht, wenn man es mit dem in 5 gezeigten
Logiksystem 500 vergleicht, weil die Verdrängung des
Pumpensystems elektronisch gesteuert wird. Hier empfängt eine
Pumpensteuerung 702 ein Steuersignal vom Steuersensor,
der mit dem Steuerhebel verbunden ist. Das Steuersignal tritt in
die Pumpensteuervorrichtung 702 durch einen ersten Knoten 704 ein.
Ein Rückkoppelungs-
bzw. Rückmeldungswert
von dem Verdrängungssensor,
der mit dem Pumpensystem verbunden ist, tritt in die Steuervorrichtung 702 durch
einen zweiten Knoten 706 ein. Wie klar sein wird, kann
die Steuervorrichtung 702 die erwünschte Verdrängung bzw.
Soll-Verdrängung mit
der tatsächlichen
Verdrängung
bzw. Ist-Verdrängung
vergleichen und einen korrigierenden Verdrängungsbefehl durch einen dritten
Knoten 708 ausgeben, der die Verdrängung der Pumpe einstellen
wird, falls erforderlich. Vorteilhafter Weise kann die Steuervorrichtung 702 andere
Parameter zusätzlich
zu der Pumpenverdrängung
basierend auf dem Steuersignal einstellen.
-
Wie
zuvor beschrieben, kann eine Nachschaufunktion 710, die
eine oder mehrere Leistungskurven für den Motor enthält, U/min-
und Drehmomentwerte von der Pumpensteuervorrichtung empfangen, die
zuvor ausgewählt
worden sind, um einen optimalen Betrieb des Hydrauliksystems und
des Motors sicherzustellen. Der U/min-Wert wird in der Pumpensteuervorrichtung 702 nachgeschaut
und an die Nachschaufunktion 710 durch einen vierten Knoten 712 übertragen,
während
der optimierte Drehmomentwert an die Nachschaufunktion 710 durch
einen fünften
Knoten 714 übertragen
wird. Wie zuvor beschrieben, können
die U/min- und Verdrängungswerte
in eine Lastfaktorkorrelationsfunktion 716 durch jeweilige
Knoten 718, 720 und 722 eintreten, um
einen Lastfaktorwert an einem sechsten Knoten 724 zu ergeben,
der in die Pumpensteuervorrichtung 702 eingegeben wird.
Basierend auf dem Vorangegangenen kann die Motornachschaufunktion 710 einen
U/min- und Drehmomentbefehl an den Motor durch die Knoten 726 bzw. 728 ausgeben,
welcher zusammen mit dem Verdrängungsbefehl
am dritten Knoten 708 bewirken kann, dass das Fahrzeug
in effizienter und wirtschaftlicher Weise arbeitet.
-
Industrielle Anwendbarkeit
-
Die
vorliegende Offenbarung ist auf Fahrzeuge mit Hydrauliksystemen
anwendbar, die eine oder mehrere Pumpen mit variabler Verdrängung, einen oder
mehrere hydrostatische Antriebsmotoren und einen Motor aufweisen,
der mit dem Hydrauliksystem assoziiert ist, wobei der Motor zum
Antrieb der Pumpen arbeitet. Ein Steuerhebel kann mechanisch oder elektronisch
einen Befehl für
eine Fahrzeuggeschwindigkeit von einem Bediener leiten. Das Hydrauliksystem
kann dann die verschiedenen Komponenten des Systems steuern, um
die erwünschte
Geschwindigkeit bzw. Drehzahl zu erreichen und beizubehalten, kann
jedoch vorteilhafter Weise auch den Betrieb des Systems und/oder
des Motors optimieren, um einen wirtschaftlicheren Betriebszustand
zu erreichen.
-
Ein
Hydrauliksystem gemäß der Offenbarung
weist eine elektronische Steuervorrichtung auf, die angeordnet ist,
um eine Rückmeldung
von Strömungsmitteldrucksensoren
aufzunehmen, die in der Antriebsschaltung oder den Antriebsschaltungen
angeordnet sind. Dieser Druck wird von der Steuervorrichtung als
eine Anzeige der Last auf der Antriebsschaltung verwendet. Wenn
der Druck gering ist, ist eine Energieeingabe durch den Motor in
das Hydrauliksystem adäquat,
um die Anforderungen des Systems mit wenig oder keiner verschwendeten
Energie zu erfüllen.
Wenn im Gegensatz dazu der Druck steigt, leitet die Steuervorrichtung
daraus ab, dass die Energie, die in das System eingegeben wird,
größer ist
als die Energie, die das System verlangt. In solchen Situationen
kann das System die Energieeingabe in das System einstellen, indem
es die Leistungsausgabe des Motors verringert und/oder die Verdrängung der
Pumpe oder der Antriebsmotoren in dem System einstellt, um die Energieverschwendung zu
verringern und den Gesamtwirkungsgrad des Systems und den Brennstoffverbrauch
zu verbessern.
-
Es
wird klar sein, dass die vorangegangene Beschreibung Beispiele des
offenbarten Systems und der offenbarten Technik vorsieht. Es wird
jedoch in Betracht gezogen, dass andere Ausführungen der Offenbarung im
Detail von den vorangegangenen Beispielen abweichen können. Alle
Bezugnahmen auf die Offenbarung oder Beispiele davon sollen sich auf
das spezielle Beispiel beziehen, welches an diesem Punkt besprochen
wurde, und sie sollen nicht irgendeine Einschränkung bezüglich des Umfangs der Offenbarung
im Allgemeinen darstellen. Alle Erwähnungen von Unterscheidung
und Abweichung bezüglich
gewisser Merkmale sollen anzeigen, dass diese Merkmale weniger bevorzugt
werden, jedoch nicht, dass diese vom Umfang der Offenbarung vollständig ausgeschlossen
werden, außer
wenn dies in anderer Weise angezeigt wird.
-
Entsprechend
weist diese Offenbarung alle Modifikationen und äquivalenten Ausführungen
des in den hier angehängten
Ansprüchen
dargelegten Gegenstandes auf, wie dies von der anwendbaren Gesetzgebung
gestattet wird. Darüber
hinaus wird jegliche Kombination der oben beschriebenen Elemente
in allen möglichen
Variationen davon von der Offenbarung mit umfasst, außer falls
dies hier in anderer Weise gezeigt wird oder in anderer Weise klar durch
den Zusammenhang in Abrede gestellt wird.