DE102014206123B4

DE102014206123B4 - Hydrostatischer Fahrantrieb in geschlossenem hydraulischen Kreis und Verfahren zur Steuerung des hydrostatischen Fahrantriebs

Info

Publication number: DE102014206123B4
Application number: DE102014206123.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Behm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2023-12-07
Anticipated expiration: 2034-04-02
Also published as: CN104976341A; CN104976341B; US10071719B2; DE102014206123A1; US20150274149A1

Abstract

Hydrostatischer Fahrantrieb mit einer ersten Hydromaschine (2) mit verstellbarem Verdrängungsvolumen und mit einer zweiten Hydromaschine (6) mit konstantem oder verstellbarem Verdrängungsvolumen, wobei die Hydromaschinen (2, 6) über eine erste Zweigleitung (20) und eine zweite Zweigleitung (22) fluidisch verbunden sind, und wobei die erste Hydromaschine (2) mit einer Antriebsmaschine (4) und die zweite Hydromaschine (6) mit einem anzutreibenden Rad (12) oder einer anzutreibenden Kette oder Achse (14) koppelbar ist, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (40), die derart ausgestaltet ist, dass über sie in Abhängigkeit eines Istwertes (nM,i) einer Drehzahl (nM) der zweiten Hydromaschine (6) und eines theoretischen Wertes (nM,c) dieser Drehzahl (nM) ein Schubbetrieb des Fahrantriebs (1) ermittelbar und in Abhängigkeit des ermittelten Schubbetriebs ein Bremsmoment (MB) des Fahrantriebs (1) steuerbar ist, wobei die Steuereinheit (40) derart ausgestaltet ist, dass über sie der theoretische Wert (nM,c) in Abhängigkeit eines Istwertes (nP,i, nA,i) einer Drehzahl (nP) der ersten Hydromaschine (2) oder einer davon ableitbaren Drehzahl (nA) und in Abhängigkeit eines Verhältnisses von Istwerten (VP,i, VM,i) von Verdrängungsvolumina (VP, VM) der Hydromaschinen (2, 6) ermittelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Fahrantrieb im geschlossenen hydraulischen Kreis gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Steuerung des hydrostatischen Fahrantriebs gemäß Patentanspruch 9.
Ein gattungsgemäßer, hydrostatischer Fahrantrieb hat eine Hydropumpe und einen Hydromotor, die miteinander in einem geschlossenen hydraulischen Kreis über zwei hydrostatische Arbeitsleitungen verbunden sind. Die Hydropumpe ist mit einer Antriebsmaschine, beispielsweise einem Dieselmotor koppelbar, der Hydromotor ist beispielsweise mit wenigstens einem anzutreibenden Rad oder wenigstens einer anzutreibenden Achse koppelbar.
Es existieren verschiedene Verfahren, den geschlossenen Kreis des Fahrantriebs, nicht nur zum Antreiben, sondern auch zum hydraulischen Bremsen zu nutzen. Insbesondere bei langsam fahrenden Fahrzeugen ist bekannt, die Hydropumpe im Schubbetrieb an der Antriebsmaschine abzustützen, um so die Bremswirkung der Antriebsmaschine auszunutzen. Die so erzielbare Bremsleistung ist allerdings durch die maximal mögliche Bremsleistung der Antriebsmaschine begrenzt. Es gilt folglich, die Antriebsmaschine gegen eine aus der Abstützung resultierende Überlast zu schützen.
Die Druckschrift EP 1960 699 A1 sieht eine Lösung mit einem Druckbegrenzungsventil vor, über das Bremsenergie in Wärme gewandelt werden kann. Allerdings ist das Druckbegrenzungsventil dafür nicht in einem extra dafür vorgesehenen offenen Kreislauf mit Hydropumpe angeordnet, sondern beim Bremsen wird Druckmittel aus der Arbeitsleitung stromabwärts des Hydromotors über das Druckbegrenzungsventil in die andere Arbeitsleitung, die den niedrigeren Druck aufweist, oder hin zum Tank entspannt. Darüber hinaus wird beim Bremsen das Fördervolumen der Hydropumpe auf ein sogenanntes Bremsfördervolumen reduziert und das Schluckvolumen des Hydromotors auf ein von der Stärke der vom Fahrer angeforderten Bremskraft abhängiges Bremsschluckvolumen vergrößert. Bei dieser Lösung muss die Aktivierung der hydraulischen Bremsung aktiv durch den Fahrer oder Bediener erfolgen.
Nachteilig daran ist, dass diese Abhängigkeit vom Bediener / Fahrer eine potentielle Fehlerquelle ist und menschliches Versagen nicht auszuschließen ist. Dadurch kann es zur besprochenen Überlastung der Antriebsmaschine oder zu Unfällen aufgrund zu später oder zu geringer Verzögerung kommen.
Weitehing ist die Druckschrift DE 44 07 282 A1 aus dem Stand der Technik bekannt.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen hydrostatischen Fahrantrieb mit einer zuverlässigeren Bremsfunktion zu schaffen. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Steuerungsverfahren für den hydrostatischen Fahrantrieb zu schaffen.
Die erste Aufgabe wird gelöst durch einen hydrostatischen Fahrantrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, die zweite Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung des Fahrantriebes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Fahrantriebes sind in den Patentansprüchen 2 bis 8, diejenigen des Verfahrens sind in den Patentansprüchen 10 bis 12beschrieben.
Ein hydrostatischer Fahrantrieb hat eine erste Hydromaschine, die insbesondere als Hydropumpe ausgestaltet ist, mit verstellbarem Verdrängungsvolumen und eine zweite Hydromaschine, die insbesondere als Hydromotor ausgestaltet ist, mit konstantem oder verstellbarem Verdrängungsvolumen. Beide Hydromaschinen sind über eine erste Zweigleitung und eine zweite Zweigleitung, insbesondere zur Druckmittelversorgung der zweiten Hydromaschine, fluidisch in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf verbunden. Die erste Hydromaschine ist dabei mit einer Antriebsmaschine, insbesondere mit einer Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise einem Dieselmotor, und die zweite Hydromaschine mit einem anzutreibenden Rad oder einer anzutreibenden Kette oder Achse koppelbar, insbesondere gekoppelt. Erfindungsgemäß weist der Fahrantrieb eine Steuereinheit auf, die derart ausgestaltet ist, dass über sie in Abhängigkeit eines Ist-Wertes einer Drehzahl der zweiten Hydromaschine und eines theoretischen Wertes dieser Drehzahl von möglichen Fahrzuständen des Fahrantriebs zumindest ein Fahrzustand „Schubbetrieb“ ermittelbar ist. Darauf aufbauend ist über die Steuereinheit in Abhängigkeit des ermittelten Fahrzustandes ein Bremsmoment des Fahrantriebs steuerbar.
Über die erfindungsgemäße Steuereinheit kann so zumindest der Fahrzustand Schubbetrieb, ob sich der Fahrantrieb also in einem bremsenden Fahrzustand (Schubbetrieb) oder in einem antreibenden Fahrzustand (Zugbetrieb) befindet, sicher detektiert werden, ohne dass eine Druckmessung im geschlossenen hydraulischen Kreislauf notwendig ist. Über die erfindungsgemäße Ermittlung des Schubbetriebs über die Steuereinheit ist somit eine Bremsfunktion nicht mehr nur bei sich ändernder Anforderung des Bedieners oder Fahrers, sondern auch bei sich ändernden Umgebungsbedingungen, wie sie beispielsweise beim Befahren eines welligen Terrains auftreten, automatisch aktivierbar. Dadurch kann jedweder Diskrepanz zwischen einer Anforderung des Bedieners oder Fahrers und dem tatsächlichen Fahrzustand des Fahrantriebs automatisch entgegengewirkt werden. Auf dieses Weise ist eine zuverlässigere Bremsfunktion des Fahrantriebs geschaffen und potentielle Fehlerquellen aufgrund mangelnden Bremsens und insbesondere menschlichen Versagens sind besser verhinderbar. Insbesondere kann dadurch eine Überlastung der Antriebsmaschine, wie sie beispielsweise beim Befahren eines Gefälles auftreten kann, automatisiert verhindert werden. Die vorgestellte Lösung ermöglicht eine automatische Bergabfahrkontrolle und nicht zuletzt die Erhöhung des Fahrkomforts. Eine einfache Integration in ein existierendes Fahrprogramm des Fahrantriebs ist möglich.
Der theoretische Wert der genannten Drehzahl ist über die Steuereinheit vorzugsweise unter Annahme von Verlustfreiheit ermittelbar.
Vorzugsweise ist das Verdrängungsvolumen der ersten Hydromaschine elektroproportional verstellbar. Gleiches gilt für die zweite Hydromaschine, sofern sie das verstellbare Verdrängungsvolumen aufweist.
Der Fahrantrieb kann selbstverständlich mehr als eine zweite Hydromaschine zum Antreiben von mehreren Rädern, Ketten oder Achsen aufweisen.
Vorzugsweise ist der Fahrantrieb in einer mobilen Arbeitsmaschine verbaut.
In Ergänzung zur ausgewerteten Drehzahl der zweiten Hydromaschine ist die Steuereinheit in einer bevorzugten Weiterbildung derart ausgestaltet, dass der Schubbetrieb zusätzlich in Abhängigkeit einer Differenz eines Ist-Wertes einer Drehzahl der Antriebsmaschine und eines Soll-Wertes dieser Drehzahl ermittelbar ist.
Vorzugsweise ist das Bremsmoment, insbesondere über Mittel des hydraulischen Kreises, hydraulisch erzeugt und ist vorzugsweise an einer Triebwelle der zweiten Hydromaschine wirksam.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Bremsmoment über eine Drosselung des Teilstroms eines von der zweiten Hydromaschine hin zur ersten Hydromaschine gerichteten Rücklaufvolumenstroms erzeugbar. Da dabei ein theoretisch erreichbares Bremsmoment aufgrund der Umkehr von Wirkungsgraden der in den Kreislauf eingebundenen Hydromaschinen - Hydropumpe und Hydromotor - oberhalb eines maximalen Antriebsmoments der Antriebsmaschine liegt, und in der Regel ohne zusätzliche Komponenten, lediglich durch geeignete Verstellung der Verdrängungsvolumina der beiden Hydromaschinen, realisiert werden kann, kann so auf vorrichtungstechnisch besonders einfache Weise ein Bremsvermögen des hydrostatischen Fahrantriebs ausgenutzt werden.
Für die genannte Drosselung weist der Fahrantrieb in einer bevorzugten Weiterbildung eine hydraulische Drosseleinrichtung auf, deren Druckmitteleingang mit der zweiten Zweigleitung fluidisch verbindbar, insbesondere verbunden ist, und deren Druckmittelausgang mit einer Druckmittelsenke des Fahrantriebs fluidisch verbindbar, insbesondere verbunden ist. Die Drosseleinrichtung kann beispielsweise ein Drosselventil oder ein Druckbegrenzungsventil sein. Für den Fall, dass eine Drehrichtung der zweiten Hydromaschine umkehrbar ist, weist der Fahrantrieb eine derartige hydraulische Drosseleinrichtung vorzugsweise ebenso für die erste Zweigleitung auf.
Vorzugsweise sind die Drehrichtungen der Hydromaschinen umkehrbar, so dass der Fahrantrieb in beiden Fahrtrichtungen betreibbar ist. Damit geht einher, dass bei genannter Umkehr, die zuvor als Vorlaufleitung fungierende erste Zweigleitung nach der Umkehr die Funktion der Rücklaufleitung aufweist, und umgekehrt.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind über die Steuereinheit der Schubbetrieb und insbesondere dessen Stärke in Abhängigkeit einer Abweichung des Ist-Wertes der Drehzahl der zweiten Hydromaschine vom theoretischen Wert dieser Drehzahl ermittelbar.
Unter der Stärke des Schubbetriebs ist zu verstehen, wie stark die zweite Hydromaschine aufgrund der Umgebungsbedingungen, beispielsweise dem Gefälle, gegenüber der theoretischen Drehzahl verringert ist. Die Abweichung ist dabei vorzugsweise ein Maß für einen hydraulischen Schlupf der zweiten Hydromaschine.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit derart ausgestaltet ist, dass über sie der theoretische Wert über die Steuereinheit unter Vernachlässigung wenigstens eines volumetrischen Wirkungsgrades der beiden Hydromaschinen, insbesondere unter Vernachlässigung der volumetrischen Wirkungsgrade beider Hydromaschinen, ermittelbar ist.
Erfindungsgemäß ist der theoretische Wert über die Steuereinheit in Abhängigkeit eines Ist-Wertes einer Drehzahl der ersten Hydromaschine oder einer davon ableitbaren Drehzahl, insbesondere des Ist-Wertes der Drehzahl der Antriebsmaschine, und in Abhängigkeit eines Verhältnisses von Ist-Werten von Verdrängungsvolumina der Hydromaschinen ermittelbar. Die Ermittlung der genannten Größen ist dabei vorrichtungs- und verfahrenstechnisch einfach verglichen mit der Ermittlung und Verarbeitung von Drücken in den Arbeitsleitungen.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind die Ist-Werte der Verdrängungsvolumina über Erfassungseinheiten des Fahrantriebs, beispielsweise eine Weg- oder eine Winkelerfassungseinheit, erfassbar.
Sollte für eine der Hydromaschinen eine solche Erfassungseinheit nicht vorgesehen sein, so kann der Ist-Wert des Verdrängungsvolumens in einer bevorzugten Variante über die Steuereinheit in Abhängigkeit eines Soll-Wertes des betreffenden Verdrängungsvolumens insbesondere rechnerisch ermittelt werden.
Zu diesem Zweck ist in der Steuereinheit vorzugsweise ein Kennfeld oder eine Funktion des Ist-Wertes des Verdrängungsvolumens in Abhängigkeit des Soll-Wertes dieses Verdrängungsvolumens abgelegt. Der Soll-Wert des Verdrängungsvolumens ist dabei bei elektroproportionaler Ansteuerung der entsprechenden Hydromaschine proportional zum angelegten Steuerstrom. Diese theoretische Ermittlung des Ist-Wertes des Verdrängungsvolumens ist praktikabel, da die Verdrängungsvolumina der beiden Hydromaschinen in der Regel nicht gemessen werden. Dabei ist eine klare Vorstellung über den Zusammenhang zwischen Sollund Ist-Wert des Verdrängungsvolumens vorteilhaft, da sich Abweichungen direkt auf die Genauigkeit des so ermittelten theoretischen Drehzahlwertes und damit auf die Steuerung des Bremsmomentes auswirken.
Zur Bereitstellung der zur Ermittlung der theoretischen Drehzahl benötigten Werte weist der Fahrantrieb in einer bevorzugten Weiterbildung eine erste Drehzahlerfassungseinheit auf, über die ein Ist-Wert einer Drehzahl der ersten Hydromaschine, oder einer davon ableitbare Drehzahl, erfassbar ist. Alternativ oder ergänzend weist der Fahrantrieb eine zweite Drehzahlerfassungseinheit auf, über die der Ist-Wert der Drehzahl der zweiten Hydromaschine erfassbar ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung eines Bremsmoments eines hydrostatischen Fahrantriebs, wie er gemäß zumindest einem der Aspekte der vorangegangenen Beschreibung ausgestaltet ist, weist zumindest einen Schritt „Ermitteln des Schubbetriebs des Fahrantriebs in Abhängigkeit des Ist-Wertes der Drehzahl der zweiten Hydromaschine und des theoretischen Wertes dieser Drehzahl“ und einen Schritt „Steuern des Bremsmoments in Abhängigkeit des Ergebnisses der Ermittlung“ auf. Die beiden Schritte werden dabei vorzugsweise über die bereits beschriebene Steuereinheit des Fahrantriebs durchgeführt.
Vorzugsweise erfolgt der Schritt „Ermitteln des Schubbetriebs des Fahrantriebs in Abhängigkeit des Ist-Wertes der Drehzahl der zweiten Hydromaschine und des theoretischen Wertes dieser Drehzahl“ zumindest über einen Schritt „Ermitteln einer Abweichung des Ist-Wertes der zweiten Hydromaschine vom theoretischen Wert dieser Drehzahl“. Anhand der ermittelten Abweichung wird auf einfache Weise auf den Fahrzustand der zweiten Hydromaschine - angetrieben oder verzögert - geschlossen. Das Ergebnis kann beispielsweise genutzt werden, um eine Bremsfunktion wie sie in der vorangegangenen Beschreibung oder in der Druckschrift WO 2007 073 892 A2 beschrieben ist, zu aktivieren oder zu deaktivieren.
Vorzugsweise erfolgen vor dem Schritt „Ermitteln der Abweichung des Ist-Wertes des zweiten Hydromaschine vom theoretischen Wert dieser Drehzahl“ Schritte „Erfassen des Ist-Wertes der Drehzahl der zweiten Hydromaschine“ und „Ermittelten des theoretischen, insbesondere verlustfreien, Wertes dieser Drehzahl“. Wie bereits erwähnt erfolgt dabei die Ermittlung des theoretischen Wertes vorzugsweise unter Vernachlässigung des volumetrischen Wirkungsgrads wenigstens einer der beiden Hydromaschinen.
Erfindungsgemäßerfolgt der Schritt „Ermitteln des theoretischen, insbesondere verlustfreien Wertes dieser Drehzahl“ in Abhängigkeit eines Ist-Wertes einer Drehzahl der ersten Hydromaschine, oder einer davon ableitbaren Drehzahl, und in Abhängigkeit eines Verhältnisses von Ist-Werten von Verdrängungsvolumina der Hydromaschinen.
In einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt der Schritt „Steuern des Bremsmoments in Abhängigkeit des Ergebnisses der Ermittlung“ zumindest über einen Schritt „Verstellung von zumindest einem der Verdrängungsvolumina der Hydromaschinen“.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren in einer Speichereinheit der bereits erwähnten Steuereinheit des Fahrantriebs zur Ausführung abgelegt.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Fahrantriebs und eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung dieses Fahrantriebs in zwei Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen hydraulischen Schaltplan des Fahrantriebs, und
2 ein Drehzahl-Volumenstrom-Zeit-Diagramm des Fahrantriebs gemäß 1, das aus einer auf dem Verfahren basierenden Steuerung des Fahrantriebs resultiert.

Gemäß 1 hat ein hydrostatischer Fahrantrieb 1 eine erste hydrostatische Hydromaschine 2, die in erster Linie als Hydropumpe betrieben wird und von einer Antriebsmaschine 4, die als Dieselmotor ausgestaltet ist, angetrieben ist. Des Weiteren hat der hydrostatische Fahrantrieb 1 eine zweite hydrostatische Hydromaschine 6, die über eine Triebwelle 8 mit einer zwei Räder 12 aufweisenden Achse 14 gekoppelt ist und in erster Linie als Hydromotor betrieben wird. Beide Hydromaschinen 2, 6 sind jeweils über eine Verstelleinheit 16, 18 in ihrem Verdrängungsvolumen verstellbar. Die erste Hydromaschine 2 ist über eine erste Zweigleitung 20, die in den weiteren Betrachtungen die Vorlaufleitung ist, über die Druckmittel von der Hydromaschine 2 zur Hydromaschine 6 fließt, und über eine zweite Zweigleitung 22, die in den weiteren Betrachtungen die zweite Zweigleitung ist, über die Druckmittel von der Hydromaschine 6 zur Hydromaschine 2 fließt, in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf fluidisch mit der zweiten Hydromaschine 6 verbunden.
Der hydrostatische Fahrantrieb 1 hat eine mit einer Triebwelle 24 der ersten Hydromaschine 2 verbundene Speisepumpe 26, die Druckmittel von einem Tank T in eine Speiseleitung 28 fördern kann. Letztgenannte verzweigt sich in drei Zweige, wobei ein erster Zweig über ein Druckbegrenzungsventil 30 mit dem Tank T in Druckmittelverbindung bringbar ist. Ein zweiter beziehungsweise dritter Zweig ist über ein Druckbegrenzungsventil 32 beziehungsweise ein Druckbegrenzungsventil 34, von denen jedes ein integriertes Nachsaugrückschlagventil 36 beziehungsweise 38 aufweisen, mit der Zweigleitung 20 beziehungsweise mit der Zweigleitung 22 in Druckmittelverbindung bringbar.
Beide Hydromaschinen 2, 6 sind in allen vier Quadranten betreibbar, so dass sowohl die Strömungsrichtung des Druckmittels im geschlossenen hydraulischen Kreislauf als auch die Drehrichtung jeder der Hydromaschinen 2, 6 umkehrbar ist.
Der hydrostatische Fahrantrieb 1 hat eine Steuereinheit 40, an die über eine Signalleitung 42 ein Bremsbetätigungspedal 44 angeschlossen ist. Das Letztgenannte hat einen Sensor 46, über den eine Betätigungsstärke des Bremsbetätigungspedals 44 erfassbar und über die Signalleitung 42 an die Steuereinheit 40 übermittelbar ist. Dies ist über eine elektrische Signalleitung 48 mit der Stellvorrichtung 16 der Hydromaschine 2 und über eine elektrische Signalleitung 50 mit der Stellvorrichtung 18 der Hydromaschine 6 verbunden. Über eine elektrische Signalleitung 52 ist eine Drehzahlerfassungseinheit 54, über die die Drehzahl der zweiten Hydromaschine 6 an der Triebwelle 8 erfassbar ist, mit der Steuereinheit 40 verbunden. Über eine elektrische Signalleitung 62 ist eine Drehzahlerfassungseinheit 60, über die die Drehzahl der ersten Hydromaschine 2 an deren Triebwelle erfassbar ist, mit der Steuereinheit 40 verbunden. Die Steuereinheit 40 hat eine Speichereinheit 56, in der ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß der vorangegangenen Beschreibung abgelegt ist, und eine Prozessoreinheit 58, in der das Verfahren ausführbar ist.
2 zeigt in einem Diagramm zusammengefasst einen zeitlichen Verlauf eines Ist-Wertes n_M,i und eines theoretischen Wertes n_M,c der Drehzahl n_M der zweiten Hydromaschine 6, einen zeitlichen Verlauf eines Ist-Wertes n_A,i und eines vom Bediener über das Bremsbetätigungspedal 44 vorgegebenen Soll-Wertes n_A,s der Drehzahl n_A der Antriebsmaschine 4 und einen zeitlichen Verlauf eines Ist-Wertes V_M,i des Verdrängungsvolumens V_M der zweiten Hydromaschine 6 und eines Ist-Wertes V_P,i des Verdrängungsvolumens V_P der ersten Hydromaschine 2. Der Wert n_M,c wird dabei über die Steuereinheit 40 gemäß 1 unter Annahme von Verlustfreiheit über den Zusammenhang $n_{M,c} = n_{P,i} V_{P,i} {/V}_{M,i}$
ermittelt. Dabei ist n_P,i der über die Drehzahlerfassungseinheit 60 gemäß 1 erfasste Ist-Wert der Drehzahl n_P der ersten Hydromaschine 2 und entspricht aufgrund der Kopplung der Triebwellen der Antriebsmaschine 4 und der ersten Hydromaschine 2 dem Ist-Wert n_A,i der Drehzahl n_A der Antriebsmaschine 4. Hier kann auch ein proportionaler Zusammenhang aufgrund eines zwischengeschalteten Getriebes bestehen. In 2 ist zudem die von der Steuereinheit 40 ermittelte Abweichung (n_M,i - n_M,c) zu einem Zeitpunkt t₂ angetragen. Ausgehend von einem Zeitpunkt t₀ sind alle aufgetragenen Werte n_M,i , n_M,c , n_A,i , n_A,s , V_M,i , V_P,i konstant. Der Fahrantrieb 1 arbeitet stationär, wie es beispielsweise bei einer horizontalen Geradeausfahrt ohne Beschleunigung oder Bremsung der Fall ist.
Zu einem Zeitpunkt t₁ fährt das vom Fahrantrieb 1 gemäß 1 angetriebene Fahrzeug nun in ein Gefälle ein und geht in den Schubbetrieb über. Unabhängig vom Gefälle bleiben dabei der theoretische Wert n_M,c der Drehzahl n_M der zweiten Hydromaschine 6 und der am Gaspedal (nicht dargestellt) vorgegebene Sollwert n_A,s der Antriebsmaschine 4 weiterhin konstant. Demgegenüber steigen aber aufgrund der wirkenden Beschleunigung durch die Schwerkraft der Ist-Wert n_M,i der Drehzahl n_M der zweiten Hydromaschine 6 und der Ist-Wert n_A,i der Antriebsmaschine 4 an. In der Steuereinheit 40 ist für ein erstes Zuschaltkriterium ein Grenzwert S1 für die Abweichung (n_M,i - n_M,c) und für ein zweites Zuschaltkriterium ein Grenzwert S2 für eine Abweichung (n_A,i - n_A,s) hinterlegt. Überschreiten beide Abweichungen (n_M,i - n_M,c), (n_A,i - n_A,s) den zugeordneten Grenzwert S1, S2, wie es im gezeigten Beispiel zufällig für beide zum Zeitpunkt t₂ der Fall ist, greift die Steuereinheit 40 ein und „schaltet“ ein hydraulisches Bremsmoment M_B „zu“. Zum Zeitpunkt t₂ stellt die Steuereinheit 40 fest, dass einerseits ein hydraulischer Schlupf der zweiten Hydromaschine 6 zu groß ist und dass außerdem die Antriebsmaschine 4 zu hoch dreht. Vorstellbar ist auch, dass unter gewissen Umständen oder bei bestimmten mit dem erfindungsgemäßen Fahrantrieb ausgestatteten Maschinen nur das Überschreiten des einen Grenzwerts oder nur das Überschreiten des anderen Grenzwerts oder das Überschreiten eines der beiden Grenzwerte zu einem Eingriff der Steuereinheit 40 führt und ein hydraulisches Bremsmoment „zugeschaltet“ wird. Dass beide Bedingungen erfüllt sein müssen, erscheint jedoch besonders günstig und in den meisten Einsatzfällen die Gewährleistung dafür, dass eine Bremsung nur wenn gewünscht ausgelöst wird. Ist nämlich nur der Grenzwert S1 überschritten, so könnte das Auslösen der Bremsung nicht gewünscht sein, selbst wenn ein relativ großer hydraulischer Schlupf vorliegt, der Dieselmotor jedoch seine Solldrehzahl nicht wesentlich überschreitet. ist nur der Grenzwert S2 überschritten, so könnte das Auslösen der Bremsung könnte nicht gewünscht sein, wenn zum Beispiel durch einen Einfluss aus der Arbeitshydraulik oder bei schneller Zurücknahme der Dieselsolldrehzahl zwar eine wesentliche positive Drehzahldifferenz (n_A,i - n_A,s) vorliegt, das Fahrzeug sich jedoch nicht im Bremszustand befindet.
Die Steuereinheit 40 erfüllt nun die Aufgabe, das hydrostatische Bremsmoment M_B durch Ansteuerung der Verstelleinrichtungen 16, 18 automatisch, also unabhängig vom Bediener, bereitzustellen. Dazu steuert sie die Verstelleinrichtungen 16, 18 in einem kurzen Zeitraum zwischen t₂ und t₃ zunächst derart an, dass die Verdrängungsvolumina V_P,i und V_M,i beider Hydromaschinen 2, 6, unter Beibehaltung eines hydraulischen Übersetzungsverhältnisses, gleichzeitig verkleinert werden. Ziel ist in diesem Zeitraum zunächst, einen neutralen Fahrzustand herzustellen, in dem weder angetrieben noch gebremst wird, und auf die Antriebsmaschine 4 einwirkende Drehmomentspitzen zu verhindern. Dieser Übergang ist in der Steuereinheit 40 parametrisiert.
Ab dem Zeitpunkt t₃ erhöht die Steuereinheit das Verdrängungsvolumen (Fördervolumen) V_M,i der zweiten Hydromaschine 6 wieder. Da diese im Schubbetrieb im Pumpenbetrieb arbeitet, steigt der von ihr über die zweite Zweigleitung 22 hin zur ersten Hydromaschine 2 geförderte Rücklaufvolumenstrom entsprechend an. Gleichzeitig ist das Verdrängungsvolumens (Schluckvolumen) V_P,i der ersten Hydromaschine 2 aber bereits so stark verringert, dass diese den Rücklaufvolumenstrom nicht vollständig aufnehmen kann. In der Folge steigt der Druck in der zweiten Zweigleitung 22 an, bis das Druckbegrenzungsventil 34 öffnet und Druckmittel hin zum Tank T oder in die erste Zweigleitung 20 entspannt wird. Aus dem über das Druckbegrenzungsventil 34 abströmenden Teilstrom und der Druckdifferenz resultiert das Bremsmoment M_B und die Bremsenergie um die die Antriebsmaschine 4 entlastet wird.
Sobald sich im weiteren Verlauf ein Fahrzustand ergibt, bei dem der Grenzwert S1 unterschritten wird, endet der vorbeschriebene Eingriff der Steuereinheit 40 und die Bremsung wird deaktiviert. Dies ist beispielsweise zum Zeitpunkt t₄ gemäß 2 der Fall. In anderen Versionen könnte auch die Abweichung (n_A,i - n_A,s) zur Deaktivierung der Bremsung herangezogen werden. Ein Abschaltkriterium könnte sein, wenn die Abweichung unter einen Grenzwert S3 fällt. S3 ist dabei etwas kleiner als das der Abweichung (n_A,i - n_A,s) zugeordnete Zuschaltkriterium S2. Abschaltkriterium könnte auch sein, dass entweder die Abweichung (n_M,i - n_M,c) oder die Abweichung (n_A,i - n_A,s) oder eine der beiden Abweichungen unter einen Grenzwert fällt. Besonders günstig erscheint es jedoch, die Abweichung (n_M,i - n_M,c) als Abschaltkriterium heranzuziehen.
Unter Zugrundelegung der Definition für den volumetrischen Wirkungsgrad η_P der ersten Hydromaschine 2 und η_M der zweiten Hydromaschinen 6 $η_{P} = n_{P,c} / n_{P,i} und η_{M} = n_{M,i} / n_{M,c}$
liegt der Ist-Wert n_M,i der Drehzahl n_M der zweiten Hydromaschine 6 (Motor) im antreibenden Fall, also im Zugbetrieb des Fahrantriebs 1, mit $n_{M,i} = / n_{M,c} η_{M} η_{P}$
unter und im bremsenden Fall, also im Schubbetrieb, mit $n_{M,i} = n_{M,c} 1 / η_{M} 1 / η_{P}$
über dem theoretischen Wert n_M,c der Drehzahl n_M.
Da volumetrische Verluste der jeweiligen Hydromaschine 2, 6 unter anderem annähernd proportional mit einer Druckdifferenz über die jeweilige Hydromaschine 2, 6 zunehmen, ist die Abweichung (n_M,i - n_M,c) zwischen dem theoretischen Wert n_M,c und dem Ist-Wert n_M,i der Drehzahl n_M der zweiten Hydromaschine 6 zugleich ein Indikator für die Größe des derzeit antreibenden oder verzögernden Drehmomentes M an der zweiten Hydromaschine 6.
In der Steuereinheit 40 ist eine Funktion $M_{B} = k (n_{M,i} - n_{M,c})$
abgelegt, über die in Abhängigkeit der Abweichung (n_M,i - n_M,c) das Bremsmoment M_B ermittelt wird, das über die Steuereinheit 40 wie beschrieben durch Ansteuern der Verstelleinrichtungen 16, 18 automatisiert erzeugt werden kann. Dabei ist k eine Konstante. Die Ansteuerung durch die Steuereinheit 40 erfolgt im gezeigten Ausführungsbeispiel allein aufgrund der Abweichung (n_M,i - n_M,c) und / oder der Abweichung (n_A,i - n_A,s) und unabhängig davon, ob der Bediener über das Bremsbetätigungspedal 44 eine Bremsung angefordert hat. Greift der Bediener allerdings bremsend ein, so würde aufgrund der mechanischen Bremswirkung das Abschaltkriterium S1 oder S3 natürlich zu einem früheren Zeitpunkt erreicht und das erfindungsgemäße Eingreifen der Steuereinheit würde vor dem Zeitpunkt t₄ enden.
Weiterhin kann die Tatsache ausgenutzt werden, dass die Drehzahl n_A,i der Antriebsmaschine 4 im antreibenden Fall unterhalb und im bremsenden Fall oberhalb ihres Sollwertes n_A,c liegt.
Offenbart ist ein hydrostatischer Fahrantrieb mit zwei in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf angeordneten Hydromaschinen, von denen eine zum Antrieb eines Rads oder einer Kette oder einer Achse vorgesehen ist. Über eine Steuereinheit des Fahrantriebs kann dabei eine Differenz zwischen einer tatsächlichen Drehzahl dieser Hydromaschine und einer theoretischen, unter Annahme von Verlustfreiheit ermittelten Drehzahl dieser Hydromaschine ermittelt werden. In Abhängigkeit der Abweichung ist über die Steuereinheit ein Fahrzustand des Fahrantriebs, insbesondere ein Schubbetrieb oder Zugbetrieb oder Leerlauf, erkennbar und in Abhängigkeit des erkannten Fahrzustands ein Bremsmoment des Fahrantriebs steuerbar.
Offenbart ist weiterhin ein Verfahren zur Steuerung des Bremsmoments des Fahrantriebs.

Claims

Hydrostatischer Fahrantrieb mit einer ersten Hydromaschine (2) mit verstellbarem Verdrängungsvolumen und mit einer zweiten Hydromaschine (6) mit konstantem oder verstellbarem Verdrängungsvolumen, wobei die Hydromaschinen (2, 6) über eine erste Zweigleitung (20) und eine zweite Zweigleitung (22) fluidisch verbunden sind, und wobei die erste Hydromaschine (2) mit einer Antriebsmaschine (4) und die zweite Hydromaschine (6) mit einem anzutreibenden Rad (12) oder einer anzutreibenden Kette oder Achse (14) koppelbar ist, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (40), die derart ausgestaltet ist, dass über sie in Abhängigkeit eines Istwertes (n_M,i) einer Drehzahl (n_M) der zweiten Hydromaschine (6) und eines theoretischen Wertes (n_M,c) dieser Drehzahl (n_M) ein Schubbetrieb des Fahrantriebs (1) ermittelbar und in Abhängigkeit des ermittelten Schubbetriebs ein Bremsmoment (M_B) des Fahrantriebs (1) steuerbar ist, wobei die Steuereinheit (40) derart ausgestaltet ist, dass über sie der theoretische Wert (n_M,c) in Abhängigkeit eines Istwertes (n_P,i, n_A,i) einer Drehzahl (n_P) der ersten Hydromaschine (2) oder einer davon ableitbaren Drehzahl (n_A) und in Abhängigkeit eines Verhältnisses von Istwerten (V_P,i, V_M,i) von Verdrängungsvolumina (V_P, V_M) der Hydromaschinen (2, 6) ermittelbar ist.
Fahrantrieb nach Anspruch 1, wobei das Bremsmoment (M_B) über eine Drosselung eines Teilstroms eines von der zweiten Hydromaschine (6) hin zur ersten Hydromaschine (2) gerichteten Rücklaufvolumenstroms erzeugbar ist.
Fahrantrieb nach Anspruch 2 mit einer hydraulischen Drosseleinrichtung (32, 34), deren Druckmitteleingang mit einer Zweigleitung (20, 22) fluidisch verbindbar ist, und deren Druckmittelausgang mit einer Druckmittelsenke (T) des Fahrantriebs (1) fluidisch verbindbar ist.
Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinheit (40) derart ausgestaltet ist, dass über sie der Schubbetrieb in Abhängigkeit einer Abweichung des Istwertes (n_M,i) der Drehzahl (n_M) der zweiten Hydromaschine (6) vom theoretischen Wert (n_M,c)dieser Drehzahl (n_M) ermittelbar ist.
Fahrantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (40) derart ausgestaltet ist, dass über sie der theoretische Wert (n_M,c)unter Vernachlässigung wenigstens eines volumetrischen Wirkungsgrades (η_P, η_M) der beiden Hydromaschinen (2, 6) ermittelbar ist.
Fahrantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (40) derart ausgestaltet ist, dass über sie für zumindest eine der Hydromaschinen (2, 6) ein Istwert (V_P,i, V_M,i) ihres Verdrängungsvolumens (V_P, V_M) in Abhängigkeit eines Sollwertes (V_P,s , V_M,s) ihres Verdrängungsvolumens (V_P, V_M) ermittelbar ist.
Fahrantrieb nach Anspruch 6, wobei in der Steuereinheit (40) ein Kennfeld des Istwertes (V_P,i, V_M,i) des Verdrängungsvolumens (V_P, V_M) in Abhängigkeit des Sollwertes (V_P,s , V_M,s) des Verdrängungsvolumens (V_P, V_M) abgelegt ist.
Fahrantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer ersten Drehzahlerfassungseinheit (60), über die ein Istwert (n_P,i, n_A,i) einer Drehzahl (n_P)der ersten Hydromaschine (2) oder eine davon ableitbare Drehzahl (n_A) erfassbar ist und / oder mit einer zweiten Drehzahlerfassungseinheit (54), über die der Istwert (n_M,i) der Drehzahl (n_M) der zweiten Hydromaschine (6) erfassbar ist.
Verfahren zur Steuerung eines Bremsmoments (M_B) eines hydrostatischen Fahrantriebs (1), der gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestaltet ist, gekennzeichnet durch zumindest folgende drei Schritte • „Ermitteln des Schubbetriebs des Fahrantriebs (1) in Abhängigkeit des Istwertes (n_M,i) der Drehzahl (n_M) der zweiten Hydromaschine (6) und des theoretischen Wertes (n_M,c)dieser Drehzahl (n_M)“, • „Steuern des Bremsmomentes (M_B) in Abhängigkeit des ermittelten Schubbetriebs“, • „Ermitteln des theoretischen Wertes (n_M,c) dieser Drehzahl (n_M)“ in Abhängigkeit eines Istwertes (n_P,i, n_A,i) einer Drehzahl (n_P) der ersten Hydromaschine (2) oder einer davon ableitbaren Drehzahl (n_A) und in Abhängigkeit eines Verhältnisses von Istwerten (V_P,i, V_M,i) von Verdrängungsvolumina (V_P, V_M) der Hydromaschinen (2, 6) erfolgt.
Verfahren nach Patentanspruch 9, wobei der Schritt • „Ermitteln des Schubbetriebs des Fahrantriebs (1) in Abhängigkeit des Istwertes (n_M,i) der Drehzahl (n_M) der zweiten Hydromaschine (6) und des theoretischen Wertes (n_M,c) dieser Drehzahl (n_M)“ zumindest über einen Schritt • „Ermitteln einer Abweichung des Istwertes (n_M,i) der Drehzahl (n_M) der zweiten Hydromaschine (6) vom theoretischen Wert (n_M,c) dieser Drehzahl (n_M)“ erfolgt.
Verfahren nach Patentanspruch 10, wobei vor dem Schritt • „Ermitteln der Abweichung des Istwertes (n_M,i) der Drehzahl (n_M) der zweiten Hydromaschine (6) vom theoretischen Wert (n_M,c) dieser Drehzahl (n_M)“ Schritte • „Erfassen des Istwertes (n_M,i) der Drehzahl (n_M) der zweiten Hydromaschine (6)“, und • „Ermitteln des theoretischen Wertes (n_M,c) dieser Drehzahl (n_M)“ erfolgen.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 9 bis 11, wobei der Schritt • „Steuern des Bremsmomentes (M_B) in Abhängigkeit des ermittelten Schubbetriebs“ zumindest über einen Schritt • „Verstellung von zumindest einem der Verdrängungsvolumina (V_P, V_M) der Hydromaschinen (2, 6)“ erfolgt.