DE102011120665A1

DE102011120665A1 - Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems aufweisend eine hydrostatische Antriebseinheit

Info

Publication number: DE102011120665A1
Application number: DE102011120665A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Gerhard Essig; Heinz Hense
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2013-06-13
Anticipated expiration: 2031-12-10
Also published as: CN103161947B; DE102011120665B4; CN103161947A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems aufweisend eine hydrostatische Antriebseinheit mit zumindest einer Hydraulikpumpe und einem damit in einem geschlossenen Kreislauf verbundenen Hydraulikmotor sowie aufweisend eine die Hydraulikpumpe antreibende Antriebsmaschine, beispielweise eine Brennkraftmaschine, wobei ein in einer Arbeitsleitung des geschlossenen Kreislaufs herrschender Druck auf Grundlage eines von der Antriebsmaschine aufgebrachten Drehmoments und eines Fördervolumens der Hydraulikpumpe in einer Steuereinrichtung des Antriebssystems bestimmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems aufweisend eine hydrostatische Antriebseinheit mit zumindest einer Hydraulikpumpe und einem damit in einem geschlossenen Kreislauf verbundenen Hydraulikmotor sowie aufweisend eine die Hydraulikpumpe antreibende Antriebsmaschine, bspw. eine Brennkraftmaschine, sowie eine Recheneinheit zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft Antriebssysteme, wie z. B. als mobile Arbeitsmaschinen ausgebildete Fahrzeuge (z. B. Kommunalfahrzeuge, Kompaktlader, Gabelstapler, Flugfeldschlepper etc.), bei denen eine hydrostatische Antriebseinheit von einer Antriebsmaschine, üblicherweise einem Verbrennungsmotor, bspw. Dieselmotor, angetrieben wird. Die hydrostatische Antriebseinheit umfasst üblicherweise eine oder mehrere von der Antriebsmaschine angetriebene Hydraulikpumpen und einen oder mehrere damit in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf verbundene Hydraulikmotoren (für rotatorische Bewegungen) und/oder Hydraulikzylinder (für lineare Bewegungen) und gegebenenfalls Ventile und ähnliches zur Ansteuerung der Verbraucher. Im Fahr- bzw. Beschleunigungsbetrieb treibt der Hydraulikmotor ein oder mehrere Räder an und wird dabei selbst von der Hydraulikpumpe angetrieben. Beispielsweise kann eine Regelung des Drehmoments erfolgen, wobei die Bestimmung des Ist-Drehmoments über den Hydraulikdruck und das Schluckvolumen des Hydraulikmotors erfolgt. Dafür ist die Kenntnis des Drucks im Hydraulikkreislauf nötig, was mit der Bereitstellung von Drucksensoren und Messelektronik verbunden ist.
Es ist wünschenswert, einen hydrostatischen Fahrantrieb drehmomentgeregelt betreiben zu können, ohne den Hydraulikdruck messen zu müssen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass der Druck im Hydraulikkreislauf (insbesondere in der Arbeitsleitung von der Hydraulikpumpe zum Hydraulikmotor oder der Differenzdruck in den Arbeitsleitungen) auf besonders einfache Weise basierend auf dem von der Antriebsmaschine bereitgestellten Drehmoment und dem Fördervolumen der Hydraulikpumpe bestimmt werden kann. Dies hat weiterhin den Vorteil, dass das Fahrmoment (d. h. das vom Hydraulikmotor abgegebene Drehmoment) genauer auf das Drehmoment der Antriebsmaschine abgestimmt werden kann, da dieses selbst bekannt ist und nicht über hydraulische Größen abgeschätzt werden muss, wobei ggf. Nebenabtriebe (d. h. Verbraucher, die nicht zum Fahren dienen, z. B. Arbeitszylinder, Lenkhydraulik sonstige Verbraucher) gar nicht berücksichtigt werden. Bei der Abschätzung des Fahrmomentes rein über einen gemessenen Druck und die Fördermenge werden die Nebenabtriebsmomente nicht in die Gesamtbilanz mit einbezogen.
Das gesamte von der Antriebsmaschine bereitgestellte Moment setzt sich zusammen aus einem Fahrmoment sowie weiteren Momenten, üblicherweise zumindest einem Lenkmoment, einem Arbeitsmoment und sonstigen Verbrauchsmomenten, wie oben erläutert.
Das gesamte Antriebssystem kann nun so betrieben werden, dass das von der Antriebsmaschine aufzubringende Moment nicht das von der Antriebsmaschine am jeweiligen Betriebspunkt höchstens bereitstellbare Moment (z. B. gemäß Dieselkennfeld) übersteigt. Beispielsweise kann ein Abnehmer (z. B. der Fahrantrieb) zurückgeregelt werden, so dass die Antriebsmaschine nicht überlastet wird.
Das Drehmoment der Antriebsmaschine kann direkt herangezogen werden, um einerseits daraus zusammen mit dem Fördervolumen der Hydraulikpumpe den Hydraulikdruck (zwischen Pumpe und Motor) zu berechnen und andererseits, wie soeben erläutert, das Fahrmoment daran anzupassen.
Der Fahrantrieb wird so – unabhängig von evtl. Nebenverbrauchern – auf das tatsächliche Moment der Antriebsmaschine gesteuert, da die Steuereinrichtung den Lastzustand der Antriebsmaschine berücksichtigen kann. Drehmomentanteile (bzw. Leistungsanteile) für Nebenantriebe (Arbeitshydraulik, Kehraggregat, Generator, Zapfwelle usw.) werden ebenfalls berücksichtigt, was bei der herkömmlichen Messung des Hydraulikdrucks nicht möglich ist. Das Fördervolumen kann gemessen werden, bei üblichen Schrägscheiben- bzw. Schrägachsenpumpen bspw. über einen Schwenkwinkelsensor.
In vorteilhafter Ausgestaltung wird als vorzugebendes Fahrmoment ein Nutzwert für das Drehmoment verwendet, welcher sich aus dem von der Antriebsmaschine abgegebenen Drehmoment abzüglich eines insbesondere Übertragungsverluste berücksichtigenden Werts ergibt. Der insbesondere Übertragungsverluste berücksichtigende Wert kann konstant sein oder auch von der Drehzahl der Antriebsmaschine abhängen.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z. B. eine Steuereinrichtung für eine hydrostatische Antriebseinheit, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung der Erfindung in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten ermöglicht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u. a. m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
1 zeigt schematisch ein Antriebssystem, wie es der Erfindung zugrunde liegen kann.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist ein Antriebssystem, wie es der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen kann, schematisch dargestellt und insgesamt mit 1 bezeichnet. Das Antriebssystem 1, bspw. eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere ein Kommunalfahrzeug, ein Gabelstapler oder ein Flugfeldschlepper, weist hier als Antriebsmaschine einen Verbrennungsmotor 2 auf, der als Dieselmotor ausgeführt ist und eine hydrostatische Antriebseinheit 3 mit einem Drehmoment M antreibt. Der Verbrennungsmotor 2 ist hierzu über eine Triebwelle 4 mit einer verstellbar ausgeführten Hydraulikpumpe 5, bspw. einer Axialkolbenpumpe, verbunden. Die verstellbare Hydraulikpumpe 5 ist mit einem ebenfalls verstellbar ausgeführten Hydraulikmotor 6, bspw. einem Axialkolbenmotor, über eine erste Arbeitsleitung 7 und eine zweite Arbeitsleitung 8 in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf verbunden. Die hydrostatische Antriebseinheit 3 dient als Fahrantrieb der mobilen Arbeitsmaschine 1. Der verstellbare Hydraulikmotor 6 der hydrostatischen Antriebseinheit 3 ist dazu über eine zweite Triebwelle 9 mit einem angetriebenen Rad 10 oder einer Achse der mobilen Arbeitsmaschine verbunden. Zusätzlich zu einem Fahrantrieb verfügt eine mobile Arbeitsmaschine zumindest über eine Lenkhydraulik (nicht gezeigt) und eine Arbeitshydraulik (nicht gezeigt), bei denen dieselbe oder eine weitere Hydraulikpumpe zur Versorgung wenigstens eines Hydraulikzylinders und/oder Hydraulikmotors eingesetzt wird. Üblicherweise sind auch Ventile zur Ansteuerung der Verbraucher vorhanden. Es können zusätzliche diverse Nebenverbraucher (z. B. Lichtmaschine, Kompressor) vorhanden sein.
Zur Vorgabe der Fahrtrichtung sowie der Fahrgeschwindigkeit dienen Eingabegeräte, bspw. ein Fahrpedal 11, über das ein Steuersignal von einem Bediener der Arbeitsmaschine erzeugt wird. Im vorliegenden Beispiel ist das Fahrpedal 11 über einen Bus 17, insbesondere einen CAN-Bus, mit einer Steuereinrichtung 16 verbunden, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens programmtechnisch eingerichtet ist. Für die Steuerung der Dieselbrennkraftmaschine 2 ist ein Motorsteuergerät 13 vorgesehen, das ebenfalls mit dem CAN-Bus 17 verbunden ist. Das Motorsteuergerät 13 stellt insbesondere den Betriebspunkt der Dieselbrennkraftmaschine 2, hier eine Dieseldrehzahl, durch entsprechende Vorgabe einer Kraftstoffmenge ein, wie es aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt ist. Dem Motorsteuergerät 13 ist ebenfalls das von der Dieselbrennkraftmaschine 2 erzeugte Drehmoment M bekannt. Möglichkeiten zur Ermittlung des Drehmoments M einer Brennkraftmaschine sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt.
Da Hydraulikpumpe 5 und Hydraulikmotor 6, wie erwähnt, verstellbar ausgeführt sind, weist die hydrostatische Antriebseinheit Verstellvorrichtungen 14 und 15 auf, die das Fördervolumen der verstellbaren Hydraulikpumpe 5 bzw. das Schluckvolumen des verstellbaren Hydraulikmotors 6 so einstellen, dass die Drehzahl der Triebwelle 4 in eine dem Fahrwunsch entsprechende Drehzahl der zweiten Triebwelle 9 umgesetzt wird. Die Verstellvorrichtungen 14 und 15 sind ebenfalls mit dem Steuergerät 16 zur Ansteuerung verbunden.
Für die Regelung des Fahrmoments M_F sind im Stand der Technik zwei Druckmessgeräte 18 vorgesehen, um den Druck in den Arbeitsleitungen 7, 8 zu erfassen und an das Steuergerät 16 zu übermitteln. Diese Druckmessgeräte 18 können im Rahmen der Erfindung entfallen, da die Steuereinrichtung 16 dazu eingerichtet ist, über den CAN-Bus 17 einen Wert für das von der Dieselbrennkraftmaschine 2 erzeugte Drehmoment M zu empfangen und daraus zusammen mit dem Fördervolumen der Hydraulikpumpe 5 den Druck in der Arbeitsleitung von der Pumpe 5 zum Motor 6 zu berechnen. Das Fördervolumen kann bspw. gemessen werden; bspw. kann die Verstellvorrichtung 14 entsprechende Messmittel aufweisen. Alternativ kann auch der Stellwert für die Verstellvorrichtung 14 herangezogen werden.
Die Erfindung ermöglicht insbesondere eine Regelung des Fahrmoments M_F auf das von der Antriebsmaschine bereitgestellte Drehmoment M (bzw. einen daraus bestimmten Nutzwert), ohne dafür Hochdrucksensoren bereitstellen zu müssen. Dies ermöglicht einen effizienten Betrieb eines hydrostatischen Fahrantriebs.
Der Druck p im Hydraulikkreislauf (insbesondere in der Arbeitsleitung von der Hydraulikpumpe zum Hydraulikmotor) wird basierend auf dem von der Antriebsmaschine bereitgestellten Drehmoment M und dem Fördervolumen V der Hydraulikpumpe bestimmt.
Die von den Nebenabtrieben Arbeitshydraulik, Lenkhydraulik und Nebenverbraucher aufgewandten Momentanteile M_A + M_L + SM_S sind bekannt oder können gemessen werden. Das Fahrmoment M_F ergibt sich somit zu M_F = M – (M_L + M_A + SM_S)
Der Hydraulikdruck p ergibt sich daraus zu: p = M_F·2p/V = (M – M_L – M_A – SM_S)2p/V

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems (1) aufweisend eine hydrostatische Antriebseinheit (3) mit zumindest einer Hydraulikpumpe (5) und einem damit in einem geschlossenen Kreislauf (7, 8) verbundenen Hydraulikmotor (6) sowie aufweisend eine die Hydraulikpumpe (5) antreibende Antriebsmaschine (2), bspw. eine Brennkraftmaschine, wobei ein in einer Arbeitsleitung (7, 8) des geschlossenen Kreislaufs herrschender Druck auf Grundlage eines von der Antriebsmaschine (2) aufgebrachten Drehmoments (M) und eines Fördervolumens der Hydraulikpumpe (5) in einer Steuereinrichtung (16) des Antriebssystems bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das von der Antriebsmaschine (2) aufgebrachte Drehmoment (M) von einem Steuergerät (13) der Antriebsmaschine (2) ermittelt und an die Steuereinrichtung (16) des Antriebssystems übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Übertragung über einen Feldbus (17), vorzugsweise einen CAN-Bus, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein von der hydrostatischen Antriebseinheit (3) aufgebrachtes Fahrmoment (M_F) auf Grundlage des von der Antriebsmaschine (2) aufgebrachten Drehmoments (M) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei als Fahrmoment (M_F) das Drehmoment (M) abzüglich eines festen oder eines von der Drehzahl der Antriebsmaschine abhängigen Werts vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der in einer Arbeitsleitung (7, 8) des geschlossenen Kreislaufs herrschende Druck für die Regelung eines von der hydrostatischen Antriebseinheit (3) aufgebrachten Fahrmoments (M_F) verwendet wird.
Recheneinheit (16), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Antriebssystem (1) aufweisend eine hydrostatische Antriebseinheit (3) mit zumindest einer Hydraulikpumpe (5) und einen damit in einem geschlossenen Kreislauf (7, 8) verbundenen Hydraulikmotor (6) sowie aufweisend eine die Hydraulikpumpe (5) antreibende Antriebsmaschine (2), bspw. eine Brennkraftmaschine, und eine Recheneinheit (16) nach Anspruch 8.
Antriebssystem (1) nach Anspruch 8 mit einer Einrichtung (14) zur Messung des Fördervolumens der Hydraulikpumpe (5).