-
Die Erfindung betrifft Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einem Primäraggregat, insbesondere mit einem Dieselmotor, und mit einem hydrostatischen Fahrantrieb, der eine von dem Primäraggregat antreibbare und in ihrem Hubvolumen über null verstellbare Fahrantriebspumpe umfasst, die zur Verstellung ihres Hubvolumens mit einer Stelleinrichtung ausgestattet ist, die einen Stellzylinder und ein aus einer Mittelstellung in entgegengesetzte Richtungen elektromagnetisch verstellbares Steuerventil umfasst, mit dem die Druckmittelwege zum und vom Stellzylinder steuerbar sind, das proportional zur Größe eines elektrischen Steuersignals betätigbar ist und auf das die Position des Stellzylinders zurückgeführt ist. Der hydrostatische Fahrantrieb besitzt zudem einen Hydromotor, der für den Antrieb eines Fahrzeugrades vorgesehen ist und der in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf über eine erste Hauptleitung und eine zweite Hauptleitung mit der Hydropumpe verbunden ist, und ein elektrisches Steuergerät zur Abgabe des Steuersignals an das Steuerventil.
-
Ein Antriebssystem mit den oben angeführten Merkmalen ist zum Beispiel aus der
DE 43 19 280 C1 bekannt. Bei dem bekannten Antriebssystem ist die Fahrantriebspumpe gemäß den angegebenen Merkmalen mit Hilfe eines elektrisch verstellbaren Steuerventils, auf das die Position des Stellzylinders rückgeführt ist, proportional zur Höhe des am Steuerventil anstehenden elektrischen Signals in ihrem Hubvolumen verstellbar (EP(elektroproportionale)-Verstellung). Das elektrische Signal wird durch ein Potentiometer erzeugt. Das Steuerventil kann soweit verstellt werden, dass die Rückführung der Position des Stellzylinders unwirksam wird. Dann ist das Hubvolumen der Fahrantriebspumpe zusätzlich in Abhängigkeit von der Drehzahl des Primäraggregats verstellbar (DA(drehzahlabhängige)-Verstellung), wobei ein entsprechender Stelldruck durch ein DA-Regelventil in Abhängigkeit von dem von der drehzahlabhängigen Fördermenge einer Speisepumpe mit konstantem Hubvolumen an einer Düse erzeugten Druckabfall geregelt wird.
-
Aus der
US 4 510 750 ist ebenfalls ein Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einem Primäraggregat, insbesondere mit einem Dieselmotor und mit einem hydrostatischen Fahrantrieb bekannt. Dieser weist auf eine von dem Primäraggregat antreibbare und in ihrem Hubvolumen über null verstellbare Fahrantriebspumpe, einen Hydromotor, der für den Antrieb eines Fahrzeugrades vorgesehen ist und der in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf über eine erste Hauptleitung und eine zweite Hauptleitung mit der Fahrantriebspumpe verbunden ist, eine zur Verstellung des Hubvolumens der Hydropumpe vorhandene Stelleinrichtung, die einen Stellzylinder und ein aus einer Mittelstellung in entgegengesetzte Richtungen elektromagnetisch verstellbares Steuerventil umfasst, mit dem die Druckmittelwege zum und vom Stellzylinder steuerbar sind, ein elektronisches Steuergerät zur Kontrolle des Hubvolumens der Fahrantriebspumpe und einen elektronischen Drucksensor, der den höheren der beiden in den beiden Hauptleitungen herrschenden Drücke erfasst und ein entsprechendes Signal an das Steuergerät abgibt.
-
Der Erfindung liegt die Zielsetzung zugrunde, ein Antriebssystem, das die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist, so zu gestalten, dass mit einer EP-geregelten Fahrantriebspumpe ein feinfühliges automotives Fahren möglich ist.
-
Dieses Ziel wird durch ein Antriebssystem erreicht, das die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist und bei dem zusätzlich das Steuergerät ein elektronisches Steuergerät ist, von einem elektronischen Drucksensor der höhere der beiden in den beiden Hauptleitungen herrschenden Drücke erfassbar und ein entsprechendes Signal an das Steuergerät abgebbar ist und von dem Steuergerät unter Berücksichtigung des erfassten Drucks und einer für den Antrieb der Hydropumpe durch das Primäraggregat zur Verfügung stehenden Leistung an das Steuerventil ein Steuersignal im Sinne der Vermeidung einer Überlastung des Primäraggregats gegeben wird. Gemäß der Erfindung wird die EP-Verstellung auch zum automotiven Fahren verwendet.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Antriebssystems kann man den Unteransprüchen entnehmen.
-
So ist es vorteilhaft, dass von dem Steuergerät aus dem erfassten Druck und dem einem bestimmten Hubvolumen entsprechenden Steuersignal an das Steuerventil die abgenommene Leistung berechnet und bei Überschreitung der zur Verfügung stehenden Leistung die Größe des Steuersignals an das Steuerventil verringert wird. Die Rückmeldung des Hubvolumens der Fahrantriebspumpe – bei einer Axialkolbenpumpe die Rückmeldung des Schwenkwinkels – erfolgt also über die Berechnung des Hubvolumens durch das Steuergerät. Der Schwenkwinkel, der dem vom Steuergerät an das Steuerventil gegebenen Signal entspricht, geht also in die Berechnung der Leistung ein. Ein Sensor zur Erfassung des Hubvolumens ist dann nicht notwendig.
-
Vorteilhaft ist es auch, wenn von dem elektronischen Drucksensor der Druck am Ausgang einer Ventilanordnung erfassbar ist, von der jeweils die den höheren Druck führende Hauptleitung fluidisch mit dem Ausgang verbunden wird. Es ist dann nur ein einziger Drucksensor zur Erfassung des höchsten Druckes notwendig. Drucksensoren sind noch relativ teuer, so dass die Kombination eines Drucksensors mit einer Ventilanordnung zur Auswahl des höchsten Drucks kostengünstiger als die Verwendung von zwei Drucksensoren ist. Auch wird Verkabelungsaufwand gespart.
-
Es ist vorteilhaft, wenn die Drehzahl, mit der der Dieselmotor dreht, erfasst wird. Das kann direkt durch Erfassung der Drehzahl einer Hauptabtriebswelle des Dieselmotors oder auch durch Erfassung der Drehzahl einer anderen Welle, zum Beispiel einer Nebenabtriebswelle, über die die Fahrantriebspumpe angetrieben wird, geschehen. Letztendlich sind somit die Drehzahl des Dieselmotors und die Drehzahl der Fahrantriebspumpe bekannt und können für die Generierung von Steuersignalen benutzt werden.
-
Fahrzeuge mit einem hydrostatischen Fahrantrieb sind oft auch mit einer Arbeitshydraulik ausgestattet. So hat zum Beispiel ein Gabelstapler eine Arbeitshydraulik, mit der die Gabel gehoben und gesenkt und der Mast in seiner Neigung verstellt werden können. Für solche Anwendungen, bei denen die Arbeitshydraulik zugleich mit dem Fahrantrieb genutzt wird, ist es vorteilhaft, wenn die von der Arbeitshydraulik abgenommene Leistung in die Regelung der Fahrhydraulik eingeht. Vorteilhafterweise ist dann ein zweiter elektronischer Drucksensor vorhanden, mit dem der Pumpendruck der Arbeitshydraulikpumpe erfassbar ist. außerdem wird die Fördermenge der Arbeitshydraulikpumpe ermittelt, um die von der Arbeitshydraulik abgenommene Leistung zu errechnen.
-
Überschreitet der der maximale Druck aus den beiden Hauptleitungen einen bestimmten Wert, so wird vorteilhafterweise die Größe des Steuersignals an das Steuerventil verringert wird. Es ist dadurch auf elektrische Weise die Funktion eines Druckabschneidventils realisiert. Bei bekannten hydrostatischen Fahrantrieben ist das Druckabschneidventil ein Druckbegrenzungsventil, das von dem höheren Druck aus den beiden Hauptleitungen beaufschlagt wird, und stromab einer Düse, die stromauf an die Speisedruckquelle angeschlossen ist, einen Durchflussquerschnitt öffnet, so dass der Druck stromab der Düse, der den Versorgungsdruck für die Stelleinrichtung darstellt, soweit absinkt und das Hubvolumen der Fahrantriebspumpe soweit verringert wird, dass der bestimmte Druck in der entsprechenden Hauptleitung nicht überschritten wird.
-
Vorteilhafterweise wird auch die Stellung eines Fahrpedals durch einen Sensor erfasst wird: Durch das Fahrpedal wird der Schwenkwinkel der Fahrantriebspumpe vorgegeben. Nur wenn dabei Grenzen in der Leistung oder im Druck erreicht werden, greift die Regelung.
-
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebssystems ist in den Zeichnungen dargestellt und wird anhand der Figuren dieser Zeichnungen nun näher erläutert.
-
Es zeigen
-
1 das Ausführungsbeispiel nach Art eines Schaltplans und
-
2 ein Diagramm mit Kennlinien für die Regelung der Fahrantriebspumpe gemäß 1.
-
Das Antriebssystem nach 1 weist einen Dieselmotor 10 als Primäraggregat auf. Von diesem werden über eine Antriebswelle 11 eine in ihrem Hubvolumen über das Hubvolumen null verstellbare Fahrantriebspumpe 12 eines hydrostatischen Fahrantriebs und eine Arbeitshydraulikpumpe 13 angetrieben, die von Hubvolumen null oder einem minimalen Hubvolumen größer null in eine Richtung zu größeren Hubvolumina verstellt werden kann. Die Verstellbarkeit der Fahrantriebspumpe über null bedeutet, dass unter Beibehaltung der Drehrichtung, in die die Fahrantriebspumpe angetrieben wird, Hochdruckanschluss und Niederdruckanschluss und die Strömungsrichtung des geförderten Druckmittels gewechselt werden können.
-
Die Fahrantriebspumpe 12 weist eine Stelleinrichtung 14 zur Verstellung ihres Hubvolumens auf. Oft wird hier einfach auch von der Verstellung des Schwenkwinkels einer Pumpe gesprochen, obwohl streng genommen nur bei verstellbaren Axialkolbenpumpen von einem Schwenkwinkel zum Beispiel der Schrägscheibe gesprochen werden kann und bei Radialkolbenpumpen oder Flügelzellenpumpen nicht ein Schwenkwinkel, sondern die Exzentrizität eines Hubrings verstellt wird. Die Stelleinrichtung umfasst in an sich bekannter und deshalb nicht dargestellter Weise einen Stellzylinder und ein aus einer Mittelstellung in entgegengesetzte Richtungen elektromagnetisch verstellbares Steuerventil, mit dem die Druckmittelwege zum und vom Stellzylinder steuerbar sind, das proportional zur Größe eines elektrischen Steuersignals betätigbar ist und auf das die Position des Stellzylinders zurückgeführt ist. Die Position des Stellzylinders korreliert also zu der Größe des elektrischen Steuersignals. Eine solche Art der Verstellung des Hubvolumens wird als EP-Regelung, als elektroproportionale Regelung, bezeichnet.
-
Der hydrostatische Fahrantrieb umfasst weiterhin einen Hydromotor 20 konstanten Schluckvolumens mit zwei Anschlüssen, von denen ein Anschluss über eine (erste) Hauptleitung 21 mit dem einen Anschluss der Fahrantriebspumpe und der andere Anschluss über eine (zweite) Hauptleitung 22 mit dem anderen Anschluss der Fahrantriebpumpe fluidisch verbunden ist. Von dem Hydromotor 20 wird ein Rad 23 eines Fahrzeugs, zum Beispiel eines Gabelstaplers, angetrieben. Der Hydromotor kann unmittelbar dem Rad zugeordnet sein. Dann wäre für ein zweites Rad derselben Achse des Fahrzeugs ein weiterer Hydromotor vorhanden, der parallel zu dem gezeigten Hydromotor geschaltet wäre. Der Hydromotor kann aber auch zwei Räder gemeinsam antreiben.
-
Der hydrostatische Fahrantrieb umfasst auch ein Wechselventil 24 mit zwei Eingängen und einem Ausgang. Der eine Eingang ist mit der Hauptleitung 21 und der andere Eingang mit der Hauptleitung 22 verbunden. Am Ausgang des Wechselventils steht jeweils der höhere Druck aus einer der beiden Hauptleitungen an. Das Wechselventil stellt somit eine Ventilanordnung zur Auswahl eines höheren von zwei Drücken dar.
-
Weitere Komponenten, die ein hydraulischer Fahrantrieb mit einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf üblicherweise aufweist, wie eine Speisepumpe, Nachspeiseventile und Druckbegrenzungsventile, sind nicht dargestellt, da sie für das Verständnis der Erfindung von untergeordneter Bedeutung sind und der Aufbau eines geschlossenen hydraulischen Kreislaufs dem Fachmann geläufig ist.
-
Die Arbeitshydraulikpumpe 13 saugt Druckmittel aus einem Tank 15 an und fördert es in eine Pumpenleitung 26, die zu Steuerventilen führt, mit denen die Druckmittelwege von und zu hydraulischen Verbrauchern der Arbeitshydraulik.
-
Das gezeigte hydraulische Antriebssystem weist eine Reihe von Sensoren auf sowie ein elektronisches Steuergerät 30 auf.
-
Die Drehzahl der Antriebswelle 11 wird mit einem Drehzahlsensor 31 erfasst. Ein entsprechendes elektrisches Signal wird an das Steuergerät 30 gegeben.
-
Ein erster Drucksensor 32 ist mit seinem Fluideingang an den Ausgang des Wechselventils 24 und mit seinem elektrischen Ausgang an das Steuergerät 30 angeschlossen. Er gibt also ein elektrisches Signal an das Steuergerät, mit dem dem Steuergerät die Höhe des höheren der beiden in den Hauptleitungen 21 und 22 herrschenden Drücke gemeldet wird.
-
Mit einem zweiten Drucksensor 33 wird der Druck in der Pumpenleitung 26 der Arbeitshydraulik erfasst und als elektrisches Signal an das Steuergerät 30 gemeldet. Mit Hilfe des Pumpendrucks und der angeforderten Fördermenge, die sich bei einem als Load-Sensing–System ausgebildeter Arbeitshydraulik aus den Steuersignalen an die Load-Sensing-Ventile oder aus der Drehzahl der Welle 11 und einem zusätzlichen Sensor für die Stellposition der Arbeitshydraulikpumpe 13 ergibt, kann die von der Arbeitshydraulik abgenommene Leistung festgestellt werden.
-
Schließlich ist noch ein Winkelsensor 34 vorhanden, mit dem die Stellung eines Fahrpedals 35 erfasst wird. Ein entsprechendes elektrisches Signal wird an das Steuergerät 30 gegeben. Durch das Fahrpedal wird der Schwenkwinkel der Fahrantriebspumpe vorgegeben. Nur wenn dabei Grenzen in der Leistung oder im Druck erreicht werden, greift die Regelung.
-
In dem elektronischen Steuergerät werden die Signale der Sensoren verarbeitet. Das Steuergerät gibt dann entsprechende Steuersignale an den Dieselmotor 10 und an die Verstelleinrichtung 14 der Fahrantriebspumpe 12.
-
Die Druck- und Leistungsregelung der Fahrantriebspumpe 12 läuft nun folgendermaßen ab:
Die aktuelle maximale Leistung des Dieselmotors 10 wird anhand der Dieseldrehzahl, die durch den Drehzahlsensor 31 erfasst wird, und der vorliegenden Kennlinie des Dieselmotors bestimmt. Die momentan abgenommene Leistung der Arbeitshydraulik steht zur Verfügung. Damit ergibt sich die Leistung, die maximal von der Fahrhydraulik abgenommen werden darf, ohne dass der Dieselmotor überlastet wird. Anhand des Pumpenschwenkwinkels, der durch das augenblickliche Ansteuersignal vom Steuergerät 30 an die Stelleinrichtung 14 gegeben ist, und unter Berücksichtigung der Drehzahl wird aus der maximal zur Verfügung stehenden Leistung der maximal zulässige Druck in einer der Hauptleitungen 21, 22 berechnet und wenn der Von dem Drucksensor 32 erfasste Druck höher als der maximal zulässige Druck ist, der Schwenkwinkel der Fahrantriebspumpe verringert. Der maximal mögliche Druck ist durch die Druckabschneidung vorgegeben. Diese wird wirksam, wenn zwar an sich noch Leistungsreserve vorhanden ist, aber der Druck im hydrostatischen Fahrantrieb einen vorgegebenen Maximaldruck, zum Beispiel 450 bar zu überschreiten droht.
-
In 2 sind eine mit I bezeichnete Kennlinie konstanter Leistung bei einer gegebenen Drehzahl und eine mit II bezeichnete sich aus Leistungs- und Druckabschneidung ergebende Kennlinie eingezeichnet. Man sieht, dass bei großen Schwenkwinkeln der Fahrantriebspumpe die Leistungsregelung keinen Druck in einer der Hauptleitungen zulässt, der ein Eingreifen der Druckabschneidung hervorrufen würde. Die Druckabschneidung bewirkt erst bei kleineren Pumpenschwenkwinkeln, bei denen von der Leistung her an sich größere Drücke möglich wären, eine Begrenzung des Drucks auf im vorliegenden Fall etwa 475 bar.
-
Mit Hilfe der Erfindung erreicht man ein automotives, feinfühliges Fahren mit einer EP-Pumpe. Man hat einen elektronischen Druckregler und eine elektronische Leistungs- und Momentenregelung. Die Schwenkwinkelrückführung erfolgt über die Steuergeräteberechnung der Höhe des Ansteuerstroms. Nur wenige Sensoren sind Notwendig: 1 Drucksensor, Dieseldrehzahlerfassung (CAN oder Sensor), Fahrpedalsensor.
-
Es ist eine Integration einer vorhandenen Arbeitshydraulik über einen zweiten Drucksensor möglich und damit eine noch verbesserte Leistungsverteilung.
-
Einsatzgebiete für die Erfindung sind Gabelstapler, Kommunalfahrzeuge, Dumper und ähnliche.
-
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
-
- DE 4319280 C1 [0002]
- US 4510750 [0003]
