DE102013213883A1

DE102013213883A1 - Method and system for controlling a swivel angle

Info

Publication number: DE102013213883A1
Application number: DE201310213883
Authority: DE
Inventors: Adrian Trachte; Martin Wegscheider; David Faustner; Daniel SEILER-THULL; Johannes Nitzsche; Wolfgang Kemmetmueller; Andreas Kugi
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2015-01-22
Also published as: WO2015007465A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Schwenkwinkels einer Hydraulikmaschine mit einem Regelkreis. Um das Regelverhalten beim Regeln eines Schwenkwinkels einer Hydraulikmaschine mit einem Regelkreis zu verbessern, wird einer elektroproportionalen Schwenkwinkelverstellung ein elektronischer Schwenkwinkelregler überlagert.The invention relates to a method for controlling a swivel angle of a hydraulic machine with a control loop. In order to improve the control behavior when controlling a swivel angle of a hydraulic machine with a control loop, an electronic swivel angle control is superimposed on an electro-proportional swivel angle adjustment.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Regeln eines Schwenkwinkels einer Hydraulikmaschine mit einem Regelkreis.The invention relates to a method and a system for controlling a swivel angle of a hydraulic machine with a control loop.

Stand der TechnikState of the art

Bei der Hydraulikmaschine handelt es sich vorzugsweise um eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauart mit einer Schrägscheibe, die auch als Schwenkwiege bezeichnet wird. Zur Anpassung eines Fördervolumenstroms der Hydraulikmaschine kann ein Schwenkwinkel der Schrägscheibe oder Schwenkwiege verstellt werden.The hydraulic machine is preferably an axial piston machine of a swashplate type with a swash plate, which is also referred to as a swivel cradle. To adjust a delivery volume flow of the hydraulic machine, a pivot angle of the swash plate or swivel cradle can be adjusted.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, das Regelverhalten beim Regeln eines Schwenkwinkels einer Hydraulikmaschine mit einem Regelkreis zu verbessern.The object of the invention is to improve the control behavior when controlling a swivel angle of a hydraulic machine with a control loop.

Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Regeln eines Schwenkwinkels einer Hydraulikmaschine mit einem Regelkreis dadurch gelöst, dass einer elektroproportionalen Schwenkwinkelverstellung ein elektronischer Schwenkwinkelregler überlagert wird. Bei der elektroproportionalen Schwenkwinkelverstellung wird zum Beispiel mittels eines Ansteuerstroms eines Proportional-Wegeventils der Schwenkwinkel der Schrägscheibe vorgegeben. Das Proportional-Wegeventil stellt den Volumenstrom und den Druck in einem Verstellzylinder der Schwenkwiege ein. Der Schwenkwinkel der Schrägscheibe, die auch als Schwenkwiege bezeichnet wird, kann mechanisch über eine Feder auf das Proportional-Wegeventil zurückgeführt werden. Dadurch ergibt sich ein Schwenkwinkel, der im Wesentlichen proportional zum Ansteuerstrom ist und durch die mechanische Rückführung innerhalb eines Regelbereichs gehalten wird. Durch diese mechanische Regeleinrichtung entsteht ein direkter Zusammenhang zwischen dem Schwenkwinkel der Hydraulikmaschine und dem Ansteuerstrom des Proportional-Wegeventils. Dieser Zusammenhang kann durch eine EP-Kennlinie beschrieben werden. Dabei stehen die Buchstaben EP für den Begriff Elektroproportional. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird der EP-Verstellung mit mechanischem Regelkreis für ein verbessertes Regelverhalten ein elektronischer Schwenkwinkelregler überlagert. Dadurch kann eine erhebliche Verbesserung in der Verstellgeschwindigkeit und eine deutlich erhöhte Robustheit bezüglich Störgrößen, Parameterschwankungen des Systems und Abweichungen in der EP-Kennlinie erreicht werden. Der erfindungsgemäße Regler ist vorteilhaft physikalisch parametrierbar und somit für unterschiedliche Hydraulikmaschinen verwendbar.The object is achieved in a method for controlling a swivel angle of a hydraulic machine with a control loop in that an electronic swivel angle controller is superimposed on an electro-proportional swivel angle adjustment. In the case of the electro-proportional swivel angle adjustment, the swivel angle of the swash plate is predetermined, for example, by means of a drive current of a proportional directional control valve. The proportional directional control valve adjusts the volume flow and the pressure in an adjusting cylinder of the pivoting cradle. The swivel angle of the swash plate, which is also referred to as a swivel cradle, can be mechanically returned to the proportional directional control valve via a spring. This results in a pivot angle, which is substantially proportional to the drive current and is held by the mechanical feedback within a control range. By this mechanical control device creates a direct relationship between the tilt angle of the hydraulic machine and the drive current of the proportional directional control valve. This relationship can be described by an EP characteristic. The letters EP stand for the term electroproportional. In accordance with one essential aspect of the invention, an electronic swing angle controller is superimposed on the mechanical control loop EP control for improved control performance. As a result, a considerable improvement in the adjustment speed and a significantly increased robustness with regard to disturbance variables, parameter fluctuations of the system and deviations in the EP characteristic can be achieved. The controller according to the invention is advantageously physically parameterizable and thus suitable for different hydraulic machines.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Schwenkwinkelregler zwei Freiheitsgrade aufweist. Für die überlagerte Schwenkwinkelregelung wird ein modellbasierter Reglerentwurf in zwei Freiheitsgradstruktur verwendet. Das hat sich bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Versuchen als besonders vorteilhaft erwiesen.A preferred embodiment of the method is characterized in that the electronic swivel angle controller has two degrees of freedom. For the superimposed swivel angle control, a model-based regulator design in two degrees of freedom structure is used. This has proved to be particularly advantageous in experiments carried out in the context of the present invention.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkwinkel auf einen linearen Verstellgrad transformiert wird. Die Transformation des Schwenkwinkels auf den linearen Verstellgrad wird vorteilhaft entsprechend einem maximal möglichen Schwenkwinkel vorgenommen.A further preferred embodiment of the method is characterized in that the pivot angle is transformed to a linear degree of adjustment. The transformation of the swivel angle to the linear Verstellgrad is advantageously made according to a maximum possible swivel angle.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Schwenkwinkelregler eine flachheitsbasierte Vorsteuerung umfasst. Die flachheitsbasierte Vorsteuerung berücksichtigt die EP-Verstellung und den unterlagerten mechanischen Regelkreis.A further preferred embodiment of the method is characterized in that the electronic swivel angle controller comprises a flatness-based feedforward control. The flatness-based feed forward control takes into account the EP adjustment and the subordinate mechanical control loop.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass in die Vorsteuerung eine Sollgröße Verstellgrad und eine Sollgröße Verstellgeschwindigkeit sowie ein tatsächlicher Verstellgrad und ein tatsächlicher Hochdruck eingehen. Darüber hinaus geht in die Vorsteuerung ein tatsächlicher Niederdruck ein. Liegt kein Sensorsignal für den Niederdruck vor, kann dieser auch als konstant angenommen oder durch einen Schätzer ermittelt werden.A further preferred embodiment of the method is characterized in that enter into the feedforward control a target variable Verstellgrad and a target variable Verstellgeschwindigkeit and an actual Verstellgrad and an actual high pressure. In addition, an actual low pressure enters the pilot control. If there is no sensor signal for the low pressure, this can also be assumed to be constant or determined by an estimator.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Schwenkwinkelregler mit einem zusätzlichen Fehlerregler kombiniert wird. Der zusätzliche Fehlerregler kompensiert Störungen und Parameterunsicherheiten. A further preferred embodiment of the method is characterized in that the electronic swivel angle controller is combined with an additional error controller. The additional error controller compensates for disturbances and parameter uncertainties.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Soll-Verstellgrad, ein Ist-Verstellgrad und ein Anti-Windup-Signal in den Fehlerregler eingehen. Bei dem Fehlerregler handelt es sich im Wesentlichen um einen linearen Regler, zum Beispiel einen PID-Regler, mit einem Integralanteil und einer entsprechenden Anti-Windup-Funktion.A further preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that a desired degree of adjustment, an actual adjustment level and an anti-windup signal are included in the error controller. The error controller is essentially a linear controller, for example a PID controller, with an integral component and a corresponding anti-windup function.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Anti-Windup-Signal aus einer addierten Soll-Magnetkraft aus dem Fehlerregler und der Vorsteuerung erzeugt wird. Die addierte Soll-Magnetkraft aus dem Fehlerregler und der Vorsteuerung wird durch die maximal erlaubten Werte der Magnetkraft begrenzt. Das begrenzte Magnetkraftsignal wird zum Beispiel über eine Magnetkraftkennlinie des Proportional-Wegeventils in ein Stromsignal umgerechnet, welches durch einen nachgelagerten Stromregler gestellt wird.A further preferred embodiment of the method is characterized in that the anti-windup signal is generated from an added desired magnetic force from the error controller and the feedforward control. The added nominal magnetic force from the error controller and the precontrol is limited by the maximum permissible values of the magnetic force. The limited magnetic force signal is converted, for example, via a magnetic force characteristic of the proportional directional control valve into a current signal, which is provided by a downstream current regulator.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein System zum Regeln eines Schwenkwinkels einer Hydraulikmaschine gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren. Das erfindungsgemäße System umfasst einen elektronischen Schwenkwinkelregler mit zwei Freiheitsgraden und einer flachheitsbasierten Vorsteuerung. Ein zusätzlicher Fehlerregler kompensiert Störungen und Parameterunsicherheiten.The invention further relates to a system for controlling a swivel angle of a hydraulic machine according to a previously described method. The system according to the invention comprises an electronic swivel angle controller with two degrees of freedom and a flatness-based feedforward control. An additional error controller compensates for disturbances and parameter uncertainties.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Softwaremittel zum Durchführen des vorab beschriebenen Verfahrens aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs ausgeführt. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um ein Nutzfahrzeug handeln. Daher betrifft die Erfindung gegebenenfalls auch ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs mit einem derartigen Computerprogrammprodukt.The invention further relates to a computer program product comprising a computer program having software means for performing the method described above when the computer program is executed on a computer. The method according to the invention is preferably carried out in a control unit of a motor vehicle. The motor vehicle may be a commercial vehicle. Therefore, if appropriate, the invention also relates to a control unit of a motor vehicle with such a computer program product.

Die Erfindung kann allgemein für die Schwenkwinkelverstellung von Hydraulikmaschinen, insbesondere beliebigen Axialkolbenmaschinen, in Schrägscheibenbauweise mit EP-Verstellung genutzt werden. Eine bevorzugte beispielhafte Anwendung ist die Nutzung für Fahrzeuge mit teilweiser oder vollständiger hydraulischer Leistungsübertragung über Axialkolbenmaschinen.The invention can generally be used for the swivel angle adjustment of hydraulic machines, in particular any axial piston machines, in swash plate design with EP adjustment. A preferred exemplary application is use for vehicles with partial or complete hydraulic power transmission via axial piston engines.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, various embodiments are described in detail.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Es zeigen:Show it:

1 einen erfindungsgemäßen Fehlerregler mit einer erweiterten Vorsteuerung und 1 an error controller according to the invention with an advanced feedforward control and

2 eine detaillierte Darstellung der erweiterten Vorsteuerung aus 1. 2 a detailed presentation of the advanced feedforward control 1 ,

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Die Erfindung betrifft insbesondere als Axialkolbenmaschinen ausgeführte Hydraulikmaschinen. Derartige Axialkolbenmaschinen sind zum Beispiel in einem stationären oder mobilen Hydraulikantrieb angeordnet. Der mobile Hydraulikantrieb ist vorzugsweise Teil eines Hydraulikhybridantriebsstrangs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, das primär durch eine Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird.The invention relates in particular to hydraulic machines designed as axial piston machines. Such axial piston machines are arranged, for example, in a stationary or mobile hydraulic drive. The mobile hydraulic drive is preferably part of a hydraulic hybrid powertrain, in particular of a motor vehicle, which is primarily driven by an internal combustion engine.

Eine Axialkolbenmaschine kann in einem offenen Kreislauf oder in einem geschlossenen Kreislauf betrieben werden. Bei dem offenen Kreislauf fließt ein Hydraulikmedium wie Hydrauliköl, das auch als Druckflüssigkeit bezeichnet wird, von einem Tank zur Axialkolbenmaschine und wird von dort über eine Ventileinrichtung zu einem Verbraucher gefördert.An axial piston machine can be operated in an open circuit or in a closed circuit. In the open circuit, a hydraulic medium such as hydraulic oil, which is also referred to as pressure fluid, flows from a tank to the axial piston machine and is conveyed from there via a valve device to a consumer.

Vom Verbraucher fließt das Hydraulikmedium über die Ventileinrichtung zum Tank zurück. In dem geschlossenen Kreislauf fließt das Hydraulikmedium von der Axialkolbenmaschine zum Verbraucher und von dort direkt zurück zur Axialkolbenmaschine. Dabei gibt es eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite, die je nach Belastung wechselt.From the consumer, the hydraulic medium flows back through the valve device to the tank. In the closed circuit, the hydraulic medium flows from the axial piston machine to the consumer and from there directly back to the axial piston machine. There is a high pressure side and a low pressure side, which changes depending on the load.

Wenn die Axialkolbenmaschine über eine Antriebswelle mechanisch angetrieben wird, dann arbeitet die Axialkolbenmaschine als Axialkolbenpumpe. Wenn die Axialkolbenmaschine hydraulisch über einen Zylinder angetrieben wird, dann arbeitet die Axialkolbenmaschine als Axialkolbenmotor. Die Axialkolbenmaschine kann nur als Motor oder nur als Pumpe betrieben werden. Die Axialkolbenmaschine kann prinzipiell aber auch im Wechsel sowohl als Pumpe als auch als Motor betrieben werden.If the axial piston machine is mechanically driven via a drive shaft, then the axial piston machine operates as axial piston pump. If the axial piston machine hydraulically via a Cylinder is driven, then the axial piston machine works as axial piston motor. The axial piston machine can only be operated as a motor or only as a pump. In principle, however, the axial piston machine can also be operated alternately both as a pump and as a motor.

Durch eine Schwenkwiege, die auch als Schrägscheibe bezeichnet wird, kann ein von der Axialkolbenmaschine geförderter Volumenstrom stufenlos verstellt werden. Für eine Anpassung des Fördervolumenstroms der Axialkolbenmaschine kann der Winkel der Schrägscheibe oder Schwenkwiege verstellt werden. Dies kann zum Beispiel über eine elektroproportionale Schwenkwinkelverstellung (EP-Verstellung) geschehen.By a pivoting cradle, which is also referred to as a swash plate, a funded by the axial piston volumetric flow can be adjusted continuously. For an adaptation of the delivery volume flow of the axial piston machine, the angle of the swash plate or swivel cradle can be adjusted. This can be done for example via an electro-proportional swivel angle adjustment (EP adjustment).

Bei der EP-Verstellung wird mittels des Ansteuerstroms eines Proportional-Wegeventils der Schwenkwinkel der Schrägscheibe oder Schwenkwiege vorgegeben. Das Proportional-Wegeventil stellt im Volumenstrom den Druck in einem Verstellzylinder der Axialkolbenmaschine ein. Der Schwenkwinkel der Schrägscheibe wird mechanisch über eine Feder auf das Proportional-Wegeventil zurückgeführt.In the EP adjustment, the swivel angle of the swashplate or swivel cradle is specified by means of the drive current of a proportional directional control valve. The proportional directional control valve adjusts the pressure in an adjusting cylinder of the axial piston machine in the volume flow. The tilt angle of the swashplate is mechanically returned to the proportional directional control valve via a spring.

Dadurch ergibt sich ein Schwenkwinkel, der im Wesentlichen proportional zum Ansteuerstrom ist und durch die mechanische Rückführung innerhalb eines Regelbereichs gehalten wird. Durch diese mechanische Regeleinrichtung entsteht ein direkter Zusammenhang zwischen dem Schwenkwinkel der Axialkolbenmaschine und dem Ansteuerstrom des Proportional-Wegeventils. Dieser Zusammenhang wird durch eine EP-Kennlinie beschrieben.This results in a pivot angle, which is substantially proportional to the drive current and is held by the mechanical feedback within a control range. By this mechanical control device creates a direct relationship between the swivel angle of the axial piston and the drive current of the proportional directional control valve. This relationship is described by an EP characteristic.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird für eine überlagerte Schwenkwinkelregelung ein modellbasierter Reglerentwurf in zwei Freiheitsgradstruktur verwendet. Eine flachheitsbasierte Vorsteuerung berücksichtigt die EP-Verstellung und den unterlagerten mechanischen Regelkreis. Ein zusätzlicher Fehlerregler kompensiert Störungen und Parameterunsicherheiten.According to one essential aspect of the invention, a model-based regulator design in two degrees of freedom structure is used for a superimposed swivel angle control. A flatness-based feedforward control takes into account the EP adjustment and the subordinate mechanical control loop. An additional error controller compensates for disturbances and parameter uncertainties.

In 1 ist ein Reglerentwurf in zwei Freiheitsgradstruktur für eine überlagerte Schwenkwinkelregelung vereinfacht dargestellt. Durch Rechtecke 1, 2, 3 und 4 sind Elemente der überlagerten Schwenkwinkelregelung angedeutet. Das Rechteck 1 stellt einen Regler dar, der mit einer flachheitsbasierten Vorsteuerung kombiniert ist, die durch das Rechteck 2 angedeutet ist. Das Rechteck 3 stellt ein Anti-Windup dar. Das Rechteck 4 stellt einen Zusammenhang zwischen einer Magnetkraft und einem elektrischen Strom dar.In 1 For example, a controller design in two degrees of freedom structure for a superimposed swivel angle control is simplified. Through rectangles 1 . 2 . 3 and 4 Elements of the superimposed swivel angle control are indicated. The rectangle 1 represents a controller that is combined with a flatness-based feedforward control by the rectangle 2 is indicated. The rectangle 3 represents an anti-windup. The rectangle 4 represents a relationship between a magnetic force and an electric current.

Durch Pfeile 11 und 12 sind die Eingangsgrößen des Reglers 1 angedeutet. Der Pfeil 11 stellt einen Soll-Verstellgrad dar. Der Pfeil 12 stellt einen Ist-Verstellgrad dar.By arrows 11 and 12 are the input variables of the controller 1 indicated. The arrow 11 represents a desired degree of adjustment. The arrow 12 represents an actual degree of adjustment.

Durch Pfeile 13 bis 17 sind die Eingangsgrößen der Vorsteuerung 2 angedeutet. Der Pfeil 13 stellt einen Soll-Verstellgrad dar. Der Pfeil 14 stellt eine Soll-Verstellgeschwindigkeit dar. Der Pfeil 15 stellt einen Ist-Verstellgrad dar. Der Pfeil 16 stellt einen Hochdruck dar. Der Pfeil 17 stellt einen Niederdruck dar.By arrows 13 to 17 are the input variables of the pilot control 2 indicated. The arrow 13 represents a desired degree of adjustment. The arrow 14 represents a desired adjustment speed. The arrow 15 represents an actual degree of adjustment. The arrow 16 represents a high pressure. The arrow 17 represents a low pressure.

Durch einen Pfeil 21 ist ein Regleranteil einer Soll-Magnetkraft angedeutet. Durch einen Pfeil 22 ist ein Vorsteueranteil der Soll-Magnetkraft angedeutet. Durch einen Kreis 20 ist angedeutet, dass der Regleranteil der Soll-Magnetkraft 21 und der Vorsteueranteil der Soll-Magnetkraft 22 addiert werden. Durch einen Pfeil 23 ist die Summe der Anteile 21, 22 der Soll-Magnetkraft angedeutet.By an arrow 21 a controller portion of a desired magnetic force is indicated. By an arrow 22 a pilot portion of the desired magnetic force is indicated. Through a circle 20 is indicated that the controller portion of the desired magnetic force 21 and the pilot portion of the target magnetic force 22 be added. By an arrow 23 is the sum of the shares 21 . 22 the desired magnetic force indicated.

Durch einen Pfeil 24 ist angedeutet, dass ein Anti-Windup-Signal auf den Regler 1 zurückgeführt wird. Durch einen Pfeil 25 ist die Soll-Magnetkraft nach dem Anti-Windup 3 angedeutet. Aus dem Zusammenhang 4 zwischen der Magnetkraft und dem Strom wird, zum Beispiel mit Hilfe eines Stromreglers, ein Soll-Strom erzeugt, der durch einen Pfeil 26 angedeutet ist.By an arrow 24 is hinted that an anti-windup signal on the regulator 1 is returned. By an arrow 25 is the target magnetic force after the anti-windup 3 indicated. Out of context 4 between the magnetic force and the current is generated, for example by means of a current regulator, a desired current, indicated by an arrow 26 is indicated.

Für eine allgemeine Betrachtung wird eine Transformation des Schwenkwinkels Φ auf den linearen Verstellgrad α entsprechend dem maximal möglichen Schwenkwinkel Φ_max vorgenommen. Die Linearisierung des Verstellgrades muss entsprechend der Art der mechanischen Rückführung gewählt werden, zum Beispiel

For a general consideration, a transformation of the swivel angle Φ is made to the linear Verstellgrad α corresponding to the maximum possible swivel angle Φ _max . The linearization of the degree of adjustment must be selected according to the type of mechanical feedback, for example

Der Soll-Verstellgrad und dessen Ableitungen werden zum Beispiel über einen Zustandsvariablenfilter generiert. In den Fehlerregler 1 gehen der Soll-Verstellgrad 11, der Ist-Verstellgrad 12 und das Anti-Windup-Signal 4 ein. Der Fehlerregler 1 ist im Wesentlichen ein linearer Regler, zum Beispiel ein PID-Regler, mit Integralanteil und entsprechender Anti-Windup-Funktion 3.The desired degree of adjustment and its derivatives are generated, for example, via a state variable filter. In the error controller 1 go the desired degree of adjustment 11 , the actual degree of adjustment 12 and the anti-windup signal 4 one. The error controller 1 is essentially a linear controller, for example a PID controller, with integral component and corresponding anti-windup function 3 ,

In die erweiterte Vorsteuerung 2 fließen die Sollgrößen Verstellgrad 13 und Verstellgeschwindigkeit 14 ein, sowie der tatsächliche Verstellgrad 15, der Hochdruck 16 und der Niederdruck 17.In the advanced feedforward control 2 flow the setpoint adjustment level 13 and adjustment speed 14 on, as well as the actual degree of adjustment 15 , the high pressure 16 and the low pressure 17 ,

Liegt kein Sensorsignal für den Niederdruck 17 vor, kann dieser auch als konstant angenommen oder durch einen Schätzer ermittelt werden. Die addierte Soll-Magnetkraft 23 aus dem Fehlerregler 1 und der Vorsteuerung 2 wird durch die maximal erlaubten Werte der Magnetkraft begrenzt, womit das Anti-Windup-Signal 24 für den Fehlerregler 1 erzeugt wird. Das begrenzte Magnetkraftsignal 25 wird über die Magnetkraftkennlinie des Proportional-Wegeventils in das Stromsignal 26 umgerechnet, welches durch den nachgelagerten Stromregler 4 gestellt wird.There is no sensor signal for the low pressure 17 before, this can also be assumed to be constant or determined by an estimator. The added nominal magnetic force 23 from the error controller 1 and the pilot control 2 is limited by the maximum allowed values of the magnetic force, thus the anti-windup signal 24 for the error controller 1 is produced. The limited magnetic force signal 25 is via the magnetic force characteristic of the proportional directional control valve in the current signal 26 converted, which by the downstream current controller 4 is provided.

In 2 ist durch ein Rechteck 41 eine stationäre EP-Verstellung angedeutet. Durch ein Rechteck 42 ist eine Kompensation einer Magnetkraftdynamik für die EP-Verstellung angedeutet. Durch ein Rechteck 43 ist die Berechnung einer aktuellen Ventilschieberposition bei einer reinen EP-Verstellung angedeutet. Durch ein Rechteck 44 ist die Berechnung eines Volumenstroms entsprechend einer vorgegebenen Verstellgeschwindigkeit angedeutet. Durch eine Rechteck 45 ist eine Servokompensation angedeutet. Durch ein Rechteck 46 ist das Berechnen eines Magnetkraftanteils zur Servokompensation angedeutet. Durch ein Rechteck 47 ist eine Strömungskraftkompensation angedeutet.In 2 is through a rectangle 41 a stationary EP adjustment indicated. Through a rectangle 42 is a compensation of a magnetic force dynamics for the EP adjustment indicated. Through a rectangle 43 is the calculation of a current valve spool position indicated in a pure EP adjustment. Through a rectangle 44 the calculation of a volumetric flow in accordance with a predetermined adjustment speed is indicated. Through a rectangle 45 is a servo compensation indicated. Through a rectangle 46 the calculation of a magnetic force component for servo compensation is indicated. Through a rectangle 47 is a flow force compensation indicated.

Durch einen Pfeil 51 ist ein Soll-Verstellgrad angedeutet. Durch einen Pfeil 52 ist eine Soll-Verstellgeschwindigkeit angedeutet. Durch einen Pfeil 53 ist ein Ist-Verstellgrad angedeutet. Durch einen Pfeil 54 ist ebenfalls ein Soll-Verstellgrad angedeutet. Durch einen Pfeil 55 ist ein Hochdruck angedeutet. Der Hochdruck 55 wirkt, wie durch Pfeile angedeutet ist, auf die Rechtecke 43, 44, 45 und 47. Durch einen Pfeil 56 ist ein Niederdruck angedeutet. Der Niederdruck wirkt, wie durch Folgepfeile angedeutet ist, ebenfalls auf die Rechtecke 43, 44, 45 und 47.By an arrow 51 is a desired degree of adjustment indicated. By an arrow 52 is a desired adjustment speed indicated. By an arrow 53 an actual degree of adjustment is indicated. By an arrow 54 is also a desired degree of adjustment indicated. By an arrow 55 is a high pressure indicated. The high pressure 55 acts on the rectangles as indicated by arrows 43 . 44 . 45 and 47 , By an arrow 56 is a low pressure indicated. The low pressure acts, as indicated by following arrows, also on the rectangles 43 . 44 . 45 and 47 ,

Durch einen Pfeil 61 ist eine Soll-Magnetkraft der stationären EP-Verstellung angedeutet. Durch einen Pfeil 62 ist eine Soll-Magnetkraft zur Kompensation der Magnetdynamik angedeutet. Durch einen Pfeil 63 ist angedeutet, dass die Soll-Verstellgeschwindigkeit bei der Berechnung 44 des Volumenstroms berücksichtigt wird.By an arrow 61 is a desired magnetic force of the stationary EP adjustment indicated. By an arrow 62 is a desired magnetic force for compensating the magnetic dynamics indicated. By an arrow 63 is implied that the target adjustment speed in the calculation 44 of the volume flow is taken into account.

Durch einen Pfeil 64 ist eine geschätzte Ventilschieberposition einer reinen EP-Verstellung angedeutet. Durch einen Pfeil 65 ist angedeutet, dass die geschätzte Ventilschieberposition der reinen EP-Verstellung in einem Kreis zwischen den Rechtecken 45 und 46 subtrahiert wird. Durch einen Pfeil 66 ist ein Soll-Volumenstrom angedeutet.By an arrow 64 is an estimated valve spool position of a pure EP adjustment indicated. By an arrow 65 it is indicated that the estimated valve spool position is the pure EP displacement in a circle between the rectangles 45 and 46 is subtracted. By an arrow 66 is a nominal volume flow indicated.

Durch einen Pfeil 67 ist eine Soll-Ventilschieberposition angedeutet. Durch einen Pfeil 68 ist eine korrigierte Soll-Ventilschieberposition angedeutet. Durch einen Pfeil 69 ist eine Soll-Magnetkraft zur Trajektorienfolge angedeutet. Durch einen Kreis 70 ist angedeutet, dass die Größen 61, 62, 69, 60 zu einem Vorsteueranteil 71 der Soll-Magnetkraft addiert werden. Der Pfeil 71 in 2 entspricht dem Pfeil 22 in 1.By an arrow 67 is a desired valve spool position indicated. By an arrow 68 is a corrected desired valve spool position indicated. By an arrow 69 is a desired magnetic force for Trajektorienfolge indicated. Through a circle 70 is hinted that the sizes 61 . 62 . 69 . 60 to a pre-tax share 71 the desired magnetic force are added. The arrow 71 in 2 corresponds to the arrow 22 in 1 ,

In der erweiterten Vorsteuerung, die in 2 dargestellt ist, wird aus dem Soll-Verstellgrad α^d über den stationären Zusammenhang 41 zwischen der Magnetkraft und dem Schwenkwinkel (EP-Verstellung) die Soll-Magnetkraft 61 gemäß der folgenden Gleichung 2 berechnet (siehe 41 in 2): F_M,EP = f_M,EP(α^d). (2) In the advanced feedforward control, which in 2 is shown, from the desired degree of adjustment α ^d on the stationary connection 41 between the magnetic force and the swivel angle (EP adjustment) the desired magnetic force 61 calculated according to the following equation 2 (see 41 in 2 ): F _{M, EP} = f _{M, EP} (α ^d ). (2)

Dabei beinhaltet die Funktion f_M,EP(·) den geometrischen Zusammenhang der EP-Verstellung zwischen der Feder und der Magnetkraft. Alternativ kann auch eine zuvor vermessene Kennlinie, die toleranzbedingte Abweichungen in diesem Zusammenhang mitberücksichtigt, verwendet werden. Der Magnetkraftaufbau in den Spulen des Proportional-Wegeventils wird vereinfacht als PT1-Glied mit der Zeitkonstanten T_M angenommen. Mit der gewünschten Soll-Verstellgeschwindigkeit α punkt hoch d und dem invertierten PT1-Glied wird eine Soll-Magnetkraft F_M,MK zur Kompensation der Magnetdynamik für eine stationäre EP-Verstellung in der folgenden Gleichung 3 berechnet (siehe 42 in 2):

The function f _{M, EP} (·) includes the geometric relationship of the EP adjustment between the spring and the magnetic force. Alternatively, it is also possible to use a previously measured characteristic which takes into account tolerance-related deviations in this context. The magnetic force buildup in the coils of the proportional directional valve is simplified as PT1 element with the time constant T _M assumed. With the desired desired displacement speed α point high d and the inverted PT1 element, a desired magnetic force F _{M, MK} for compensating the magnetic dynamics for a stationary EP displacement is calculated in the following equation 3 (see 42 in 2 ):

Zusätzlich wirkt eine dynamische Vorsteuerung zur Trajektorienfolge. Diese berechnet zuerst eine geschätzte Ventilschieberposition s_V quer des Proportional-Wegeventils für eine stationäre EP-Verstellung nach Gleichung 2 unter Berücksichtigung von Strömungskräften und der Annahme der Quasistationarität, das heißt, die Ventilschieberbeschleunigung und die Ventilschiebergeschwindigkeit werden zu null angenommen, wie in den folgenden Gleichungen 4 bis 6 durch Pfeile mit einer null angedeutet ist:

In addition, a dynamic feedforward control for Trajektorienfolge. This first calculates an estimated spool position s _V transverse of the proportional directional control valve for a steady state EP displacement according to Equation 2, taking into account flow forces and the assumption of quasi-stationarity, that is, the valve spool acceleration and spool speed are taken to be zero, as in the following equations 4 to 6 is indicated by arrows with a zero:

Die Gleichungen enthalten einen linearen Ansatz für die Strömungskraft F_jet. Die Federsteifigkeiten der Ventilzentrierfeder und der Feder zur mechanischen Rückführung des Verstellgrades auf den Ventilschieber sind mit c_V und c_RF bezeichnet. Außerdem werden die Drücke auf der Hochdruckseite und der Niederdruckseite benötigt, aus denen auf den Differenzdruck Δp zum Arbeitsanschluss hin geschlossen werden kann, sowie der Soll-Verstellgrad α^d und der Ist-Verstellgrad α.The equations contain a linear approach to the flow force F _jet . The spring stiffnesses of the valve centering spring and the spring for mechanically returning the degree of adjustment to the valve spool are denoted by c _V and c _RF . In addition, the pressures on the high pressure side and the low pressure side are needed, from which the differential pressure Δp can be closed to the working port, as well as the desired degree of adjustment α ^d and the actual displacement α.

Mit der mittleren Ventilschieberposition s_V quer und der bijektiven Flächenöffnungsfunktion f_Av(s_V) kann über eine Drosselgleichung der durch die EP-Verstellung resultierende Volumenstrom q_EP mit folgender Gleichung 7 berechnet werden:

With the mean valve spool position s _V transverse and the bijective surface opening function f _Av (s _V ), the volume flow q _EP resulting from the EP adjustment can be calculated by means of a throttle equation with the following equation 7:

Unter Vernachlässigung der Druckaufbaugleichung im Verstellzylinder kann von der Soll-Verstellgeschwindigkeit α punkt hoch d über die mechanische Kopplung von dem Verstellzylinder und der Schwenkscheibe der gewünschte dynamische Volumenstrom berechnet werden. Dies kann zum Beispiel mit der folgenden Gleichung 8 geschehen: q d / dyn = A_VZr_VZtan(Φ_max)α .d (8) Neglecting the pressure build-up equation in the adjusting cylinder, the desired dynamic volume flow can be calculated from the desired adjustment speed α point high d via the mechanical coupling of the adjusting cylinder and the swash plate. This can be done, for example, with the following equation 8: qd / dyn = A _VZ r _VZ tan (Φ _max ) α d (8)

Unter der Annahme einer vereinfachten Verstelldynamik und der Vorgabe einer gewünschten Verstelldynamik α punkt hoch d kann der Soll-Volumenstrom q^d berechnet werden, zum Beispiel mit den folgenden Gleichungen 9 und 10 (siehe 44 in 2):

Assuming a simplified adjustment dynamics and the specification of a desired adjustment dynamic α point high d, the desired volume flow q ^d can be calculated, for example with the following equations 9 and 10 (see 44 in 2 ):

Mit den Differenzdrücken kann über eine Drosselgleichung, wie in Gleichung 7, die gewünschte Flächenöffnung A^d _V berechnet werden. Diese wird mit der inversen Flächenöffnungsfunktion in eine Soll-Ventilschieberposition umgerechnet, zum Beispiel mit der folgenden Gleichung 11 (siehe 45 in 2):

With the differential pressures, the desired area opening A ^d _V can be calculated via a throttle equation, as in Equation 7. This is converted to a desired valve spool position with the inverse surface opening function, for example, with the following equation 11 (see FIG 45 in 2 ):

Diese Ventilschieberposition s^d _V muss um den Anteil, der durch die EP-Verstellung schon geleistet wird, korrigiert und schließlich in eine Soll-Magnetkraft umgerechnet werden, zum Beispiel mit der folgenden Gleichung 12 (siehe 46 in 2): F_M,dyn = (c_RF + c_V)(s d / V – s _V). (12) This valve spool position s ^d _V must be corrected by the proportion already achieved by the EP adjustment and finally converted into a desired magnetic force, for example with the following equation 12 (see 46 in 2 ): F _{M, dyn} = (c _RF + c _V ) (sd / V - s _V ). (12)

Um an dem Ventilschieber angreifende Strömungskräfte zu kompensieren, wird mit der Soll-Ventilschieberposition und einem Strömungskraftmodell ein zusätzlicher Magnetkraftanteil F_M,jet berechnet (siehe 47 in 2). Dies kann zum Beispiel durch einen einfachen linearen Ansatz geschehen, wie in Gleichung 4. Mit der Magnetkraft des Fehlerreglers F_M,c, der zum Beispiel ein PID-Regler sein kann, ergibt sich die Soll-Magnetkraft in der folgenden Gleichung 13: F d / M = F_M,c + F_M,EP + F_M,MK + F_M,dyn + F_M,jet. (13) In order to compensate for flow forces acting on the valve spool, an additional magnetic force component F _{M, jet is} calculated with the desired valve spool position and a flow force model (see 47 in 2 ). This can be done, for example, by a simple linear approach, as in Equation 4. With the magnetic force of the error controller F _{M, c} , which may be a PID controller, for example, the desired magnetic force results in the following equation 13: F d / M = F _{M, c} + F _{M, EP} + F _{M, MK} + F _{M, dyn} + F _{M, jet} . (13)

Der Einsatz eines der EP-Verstellung überlagerten erfindungsgemäßen Schwenkwinkelreglers kann zum Beispiel anhand des Ansteuerstroms für die Schwenkwinkelverstellung einfach nachgewiesen werden. Die Erfindung kann für die Schwenkwinkelverstellung von beliebigen Axialkolbenmaschinen in Schrägscheibenbauweise mit EP-Verstellung genutzt werden. Eine Beispielanwendung ist die Nutzung für Fahrzeuge mit teilweiser oder vollständiger hydraulischer Leistungsübertragung über Axialkolbenmaschinen.The use of one of the EP adjustment superimposed pivot angle controller according to the invention can be easily detected, for example, based on the drive current for the pivot angle adjustment. The invention can be used for the swivel angle adjustment of any axial piston machines in swash plate design with EP adjustment. An example application is the use for vehicles with partial or complete hydraulic power transmission via axial piston engines.

Claims

Method for controlling a swivel angle of a hydraulic machine with a control loop, characterized in that an electro-proportional swivel angle adjustment, an electronic swivel angle controller ( 1 ) is superimposed.

Method according to Claim 1, characterized in that the electronic swivel angle controller ( 1 ) has two degrees of freedom.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pivot angle is transformed to a linear degree of adjustment.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic swivel angle controller ( 1 ) a flatness-based feedforward control ( 2 ).

Method according to claim 4, characterized in that in the precontrol ( 2 ) a target variable degree of adjustment ( 13 ) and a target variable adjustment speed ( 14 ) as well as an actual degree of adjustment ( 15 ) and an actual high pressure ( 16 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic swivel angle controller ( 1 ) with an additional error regulator ( 1 ) is combined.

A method according to claim 6, characterized in that a desired degree of adjustment ( 11 ), an actual degree of adjustment ( 12 ) and an anti-windup signal ( 24 ) into the error controller ( 1 ).

Method according to claim 7, characterized in that the anti-windup signal ( 24 ) from an added nominal magnetic force from the error controller ( 1 ) and the pilot control ( 2 ) is produced.

System for controlling a swivel angle of a hydraulic machine according to a method according to one of the preceding claims.

A computer program product comprising a computer program comprising software means for performing a method according to any one of claims 1 to 8 when the computer program is run on a computer.