DE102011116875A1

DE102011116875A1 - Hydrostatischer Einzelradantrieb und Verfahren zur Bremsmomentregelung für hydrostatischen Einzelradantrieb

Info

Publication number: DE102011116875A1
Application number: DE201110116875
Authority: DE
Inventors: Martin Behm; Martin Grepl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2013-04-25

Abstract

Offenbart ist ein hydrostatischer Einzelradantrieb mit einer Mehrzahl von Rädern und einem jeweiligen verstellbaren Radmotor, wobei die Radmotoren mit einer Verstellpumpe über eine jeweilige Rückleitung verbunden sind, und wobei in jeder Rückleitung ein Drosselventil angeordnet ist. Die Drosselventile sind proportional verstellbar, wobei die Drehzahl jedes Rades von einem jeweiligen Raddrehzahlsensor erfassbar ist, und wobei die Raddrehzahlsensoren und die Drosselventile und die Radmotoren und die Verstellpumpe über jeweilige Signalleitungen mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) verbunden sind.
Offenbart ist weiterhin ein Verfahren, das zur selektiven Regelung der Brems- und/oder Antriebmomente einzelner Räder im Sinne einer ESP-Regelung bei einem hydrostatischen Einzelradantrieb dient.

Description

Die Erfindung betrifft die Fahrdynamikregelung bei mobilen Arbeitsmaschinen und dabei insbesondere eine Bremsmomentregelung eines hydrostatischen Einzelradantriebs. Während im Personenkraftwagen-Bereich (PKW) das Elektronische Stabilitätsprogramm (ESP) zur Regelung der Querdynamik bereits weit verbreiteter Stand der Technik ist, findet man bei mobilen Arbeitsmaschinen bislang nur das Antiblockiersystem (ABS) und die Antriebsschlupfregelung (ASR) in verschiedenen Anwendungen vor.
Die Hauptaufgabe des ABS liegt sowohl im PKW- als auch im Arbeitsmaschinen-Bereich in der Spurstabilität und der Erhaltung der Lenkfähigkeit beim Bremsen. Beim ASR ist der Fokus unterschiedlich. Während im PKW-Bereich die Spurstabilität beim Anfahren oder Beschleunigen im Vordergrund steht, sind dies bei Arbeitsmaschinen die Gewährleistung der Zugkraft, der Schutz der Antriebskomponenten und die Schonung der Böden. Gemäß Patent US 6,408,972 sind die ABS/ASR-Funktionen speziell für einen hydrostatischen Einzelradantrieb bekannt. Dafür werden auch verschiedene Konzepte zur Regelung des Brems-/Antriebsmoments vorgeschlagen, z. B.: Regelung durch Drosselventile, die sich in Flussrichtung des Öls hinter den Radmotoren befinden. Aus dem Patent US 5,924,509 ist bezüglich ASR eine direkte Regelung über die Verstellmotoren bekannt. Ebenfalls mit Bezug zur ASR ist aus dem Patent US 6,036,206 eine Regelung des Bodenanpressdruckes und dadurch des Schlupfs eines Rades durch ein aktives Fahrwerk bekannt. Eine kombinierte Regelung durch Verstellmotore und Bremsen betreffend ABS und ASR ist aus der Druckschrift DE 3543073 A1 bekannt.
Ein ESP ist im Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen zum heutigen Zeitpunkt noch nicht verfügbar, wird aber durch die steigenden Fahrgeschwindigkeiten dieser Maschinen (Traktoren fahren heutzutage bereits bis zu 60 km/h, einzelne Baureihen bis zu 80 km/h) zukünftig auch in den Fokus rücken. Mobile Arbeitsmaschinen besitzen im Gegensatz zu PKW's eine Vielzahl verschiedener Antriebsstrang- und Bremskonzepte. Ein weit verbreitetes Konzept ist der hydrostatische Einzelradantrieb. Die Umsetzung und Realisierung der Brems- und/oder Antriebsmomentenregelung muss daher speziell auf diese Aktorik zugeschnitten werden.
Dem entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen hydrostatischen Einzelradantrieb und ein Verfahren zur Bremsmomentregelung eines hydrostatischen Einzelradantriebs zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen hydrostatischen Einzelradantrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Bremsmomentregelung eines hydrostatischen Einzelradantriebs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2.
Der erfindungsgemäße hydrostatische Einzelradantrieb kommt mit einem relativ geringen zusätzlichen Aufwand an Hardware in der Aktorik aus: pro Rad ein proportionales Drosselventil. Ein zusätzliches eigenständiges Bremssystem, z. B. eine Fremdkraftbremse, wird nicht benötigt. Der erfindungsgemäße hydrostatische Einzelradantrieb hat eine Mehrzahl von Rädern und einem jeweiligen verstellbaren Radmotor, wobei die Radmotoren mit einer Verstellpumpe über eine jeweilige Rückleitung verbunden sind, und wobei in jeder Rückleitung ein Drosselventil. angeordnet ist. Die Drosselventile sind proportional verstellbar, wobei die Drehzahl jedes Rades von einem jeweiligen Raddrehzahlsensor erfassbar ist, und wobei die Raddrehzahlsensoren und die Drosselventile und die Radmotoren und die Verstellpumpe über jeweilige Signalleitungen mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) verbunden sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur selektiven Regelung der Brems- und/oder Antriebmomente einzelner Räder im Sinne einer ESP-Regelung bei einem hydrostatischen Einzelradantrieb.
Besonderer Sorgfalt bedarf dabei der vollaktive Bremseingriff, damit der „überschüssige” Volumenstrom des gebremsten Rades durch die Kopplung im Hydraulikkreislauf nicht zu einem zusätzlichen Antriebsmoment der übrigen Räder führt.
Bei einem hydrostatischen Fahrantrieb wird (teilweise ausschließlich) mit den Verstellmotoren gebremst, in dem die Radmotoren als Pumpe fungieren und sich auf dem Öldruck, der sich durch das Antreiben der Pumpe und dem angeschlossenen Verbrennungsmotor aufbaut, abstemmen. Zusätzlich besitzen manche mobile Arbeitsmaschinen noch eine Fremdkraftbremse.
Bei der erfindungsgemäßen Realisierung eines ESP besteht in allen Fahrsituationen (mobile Arbeitsmaschine beschleunigt, bremst oder rollt frei) die Möglichkeit, einzelne Räder zu bremsen oder zu entbremsen bzw. ganz freizugeben. Da beim erfindungsgemäßen hydrostatischen Einzelradantrieb alle Räder ständig durch die Hydraulikleitungen verbunden und dadurch gekoppelt sind, lässt sich dies nicht durch Strategien verwirklichen, die allein auf ein Verschwenken der Verstellpumpe und der Radmotoren basieren. Um die volle Funktionalität zu gewährleisten, sind zusätzlich proportionale Drosselventile (in Flussrichtung des Öls bei Vorwärtsfahrt in einer Rückleitung) hinter den Radmotoren vorgesehen.
Die Figur zeigt einen hydraulischen Schaltplan eines erfindungsgemäßen Einzelantriebs einer mobilen Arbeitmaschine mit jeweiligen Drehzahlfühlern und Drosselventilen.
Die Verstellpumpe, Radmotoren und proportionalen Drosselventile werden elektronisch angesteuert und sind dazu mit einem elektronischen Steuergerät (ECU) verbunden. Die benötigten Sensoren (in der Figur nur teilweise dargestellt), wie z. B. Lenkwinkel-, Raddrehzahl-, Querbeschleunigungs- und Gierratensensor und Drucksensoren im Hydraulikkreislauf liefern ebenfalls Eingangssignale für das elektronische Steuergerät (ECU).
Es wird vorgeschlagen, die Bremsmomente, die vom ESP-Regelalgorithmus des elektronischen Steuergerätes (ECU) vorgegeben werden, wie folgt in der Aktorik umzusetzen. Die Antriebsmomentenregelung kann direkt über Motormomentregelung wie beim PKW oder über ein Verschwenken der Verstellpumpe realisiert werden. Da die Regelstrategie vom Fahrzustand abhängt, wird zwischen dem vollaktiven Eingriff (Arbeitsmaschine ungebremst) und dem teilaktiven Eingriff (Arbeitsmaschine gebremst) unterschieden:
• Vollaktiver Eingriff:
Angenommen sei ein Bremseingriff am Rad vorne links (Arbeitsmaschine übersteuert in Rechtskurve). Im ersten Schritt wird aus dem gewünschten Radbremsmoment M_{b Rad soll} und dem Schwenkwinkel alpha_ist die benötigte Druckdifferenz dp_{soll Motor} über den entsprechenden Radmotor (hier vorne links) berechnet. Daraus lässt sich der benötigte Differenzdruck am Drosselventil, dp_{soll Ventil} = dp_{soll Motor} + p_HD, ausrechnen, wobei p_HD der Hydraulikdruck auf der Hochdruckseite ist. Aus dp_{soll Ventil} und dem Volumenstrom, der sich aus der Radmotordrehzahl und dem Schwenkwinkel berechnen lässt, wird nun der benötigte Ventilstrom I_{soll Ventil} berechnet.
Im nächsten Schritt wird das Drosselventil mit I_{soll Ventil} angesteuert und gleichzeitig der Pumpenvolumenstrom durch Verschwenken der Verstellpumpe reduziert. Die Anpassung des Pumpenvolumenstroms ist nötig, um den Einfluss des Eingriffes auf das Drehmoment der drei inaktiven Räder zu eliminieren. Die Kopplung im Hydraulikkreislauf würde ansonsten zu einem Druckanstieg auf der Hochdruckseite führen und dadurch zu einem positiven Antriebmoment der innaktiven Räder.
Wenn das Bremsmoment am aktiven Rad aufgebaut ist, kann bei Bedarf über Verschwenken des entsprechenden Radmotors nachgeregelt werden. Wenn die Arbeitsmaschine frei rollt, übertragen die Räder kein Antriebs- oder Bremsmoment. In diesem Fall kann die Volumenstrombilanz auch direkt über die Verstellung der drei innaktiven Radmotoren korrigiert werden.
• Teilaktiver Eingriff:
Hierbei übertragen die Räder über die Radmotoren bereits ein Bremsmoment auf den Boden, d. h., die Hochdruckseite befindet sich in Flussrichtung hinter den Radmotoren. Im ersten Schritt wird wieder die benötigte Druckdifferenz dp_{soll Motor} aus dem Schwenkwinkel und dem gewünschten Radbremsmoment berechnet. Die Solldruckdifferenz über das Drosselventil ergibt sich nun aus dp_{soll Ventil} = dp_{soll Motor} + p_HD und daraus (wie oben beschrieben) der Ventilstrom I_{soll Ventil}. In diesem Fall muss keine direkte Korrektur der Volumenstrombilanz vorgenommen werden.
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

US 6408972 [0002]
US 5924509 [0002]
US 6036206 [0002]
DE 3543073 A1 [0002]

Claims

Hydrostatischer Einzelradantrieb mit einer Mehrzahl von Rädern und einem jeweiligen verstellbaren Radmotor, wobei die Radmotoren mit einer Verstellpumpe über eine jeweilige Rückleitung verbunden sind, und wobei in jeder Rückleitung ein Drosselventil (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselventile (2) proportional verstellbar sind, wobei die Drehzahl jedes Rades von einem jeweiligen Raddrehzahlsensor (1) erfassbar ist, und wobei die Raddrehzahlsensoren (1) und die Drosselventile (2) und die Radmotoren und die Verstellpumpe über jeweilige Signalleitungen mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) verbunden sind.
Verfahren zur Bremsmomentregelung eines hydrostatischen Einzelradantriebs gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Bremsmoment über die elektronische Steuereinheit (ECU) und das jeweilige Drosselventil geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei in einem ersten Schritt aus dem gewünschten Radbremsmoment M_{b Rad soll} und dem Schwenkwinkel alpha_ist die benötigte Druckdifferenz dp_{soll Motor} über den entsprechenden Radmotor berechnet wird, und wobei in einem zweiten Schritt die benötigte Differenzdruck am Drosselventil dp_{soll Ventil} = dp_{soll Motor} + p_HD, ausgerechnet wird, wobei p_HD der Hydraulikdruck auf der Hochdruckseite ist, und wobei in einem dritten Schritt aus dp_{soll Ventil} und dem Volumenstrom, der aus der Radmotordrehzahl und dem Schwenkwinkel berechnet wird, der benötigte Ventilstrom I_{soll Ventil} berechnet wird, und wobei in einem vierten Schritt das Drosselventil mit I_{soll Ventil} angesteuert wird und gleichzeitig der Pumpenvolumenstrom durch Verschwenken der Verstellpumpe reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei in einem ersten Schritt die benötigte Druckdifferenz dp_{soll Motor} aus dem Schwenkwinkel und dem gewünschten Radbremsmoment berechnet wird, und wobei sich in einem zweiten Schritt die Solldruckdifferenz über das Drosselventil aus dp_{soll Ventil} = dp_{soll Motor} + p_HD ergibt, und sich daraus der Ventilstrom I_{soll Ventil} ergibt.