DE102014211394B4

DE102014211394B4 - Geschwindigkeitskontrolleinrichtung für einen hydrostatischen Antrieb

Info

Publication number: DE102014211394B4
Application number: DE102014211394.6A
Authority: DE
Inventors: Frank J. Rozycki; Simon L. Nielsen; Gary R. LaFayette
Original assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Current assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2023-10-05
Anticipated expiration: 2034-06-14
Also published as: DE102014211394A1

Abstract

Geschwindigkeitskontrolleinrichtung, die aufweist:
- einen Antriebsmotor (12) mit einer Antriebswelle (14) verbunden mit zumindest einer hydraulischen Pumpe (16)
- zumindest einen hydraulischen Motor (18) verbunden mit der hydraulischen Pumpe (16) in einem geschlossenen Kreislauf mittels einer Leitung (20);
- ein Fahrzeugsystem (22) verbunden mit dem zumindest einen hydraulischen Motor (18) mittels einer Systemwelle (24);
- zumindest ein proportionales Hochdruck-Begrenzungsventil (26), das mit der Leitung (20) zwischen der hydraulischen Pumpe (16) und dem hydraulischen Motor (18) verbunden ist;
- eine Steuereinrichtung (30) mit einem Prozessor (32) zur Ausführung eines EDV-Programms (34) verbunden mit dem geschlossenen Kreislauf und mit einer Mehrzahl von Sensoren (36); wobei das Hochdruck-Begrenzungsventil (26) von der Steuereinrichtung (30) auf einen Wert eingestellt ist, bei welchem der Antriebsmotor (12) nicht überdreht oder eine Überdrehzahl des Antriebsmotors (12) auftritt.

Description

BEZUG ZU VORANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Voranmeldung in den Vereinigten Staaten von Amerika Nr. 61/834,920 , eingereicht am 14. Juni 2013.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft eine Geschwindigkeitskontrolleinrichtung für hydrostatische Antriebe und speziell Geschwindigkeitskontrollsysteme, die unzureichende Motorbremskraft zum Abbremsen des Systems oder zum Begrenzen der Überdrehzahl des Motors bereitstellen.
Einrichtungen zur Geschwindigkeitskontrolle (und) in hydrostatischen Antrieben mit unzureichender Bremskraft sind im Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel besteht ein integrierter Geschwindigkeitsbegrenzer (Integrated Speed Limiter (ISL)) aus einem einen Vorsteuerdruckgeber und einer Bypassblende, die zusammen mit einem Druckminderventil automatisch das übertragene Pumpendrehmoment zum Antriebsmotor begrenzen. Überschüssige hydrostatische Leistung wird in Wärme umgewandelt. In diesen Einrichtungen erfolgt die Druckreduzierung des Öls in Reihe zwischen der Pumpe und den Triebwert des Motors. Öl tritt durch das Druckreduzierungsventil und in die Einrichtung zum Drehen der Pumpe. Beispiele sind in den US-Patenten 7, 201, 183; 7, 121, 297; 6, 360, 537; 6, 338, 247; und 5, 121, 603 enthalten.
Aus DE 10 2006 048 198 A1 ist eine weitere alternative Einrichtung bekannt. DE 10 2006 048 198 A1 offenbart einen hydrostatischen Antrieb sowie ein Verfahren zum Abbremsen eines hydrostatischen Antriebs. In dem hydrostatischen Antrieb sind eine Hydraulikpumpe und ein Hydraulikmotor in einem geschlossenen Kreislauf verbunden. Der hydrostatische Antrieb weist eine Bremsbetätigungseinrichtung sowie zumindest ein Druckbegrenzungsventil auf.
DE 10 2005 055 318 A1 sieht eine Arbeitsmaschine mit einem hydrostatischen Antrieb sowie ein Steuermodul mit einem Steueralgorithmus vor, um ein Herunterschaltungsereignis in der Arbeitsmaschine auszuführen. Das Steuermodul weist Mittel auf, um einen Verzögerungsbetriebszustand in der Arbeitsmaschine einzuleiten.
Ähnlich sind Einrichtungen, die auf einem Bedienperson-Bremseingabesystem mit einem Mikroprozessor in Systemen mit unzureichender Motorbremskraft beruhen, aus dem Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel beschreibt das US-Patent 7,874,153 eine Einrichtung, bei der Motoren proportional zum Verschiebeweg eines Bremspedals ausschwenken und das Abbremsen durch das Bremsdrehmoment eines Dieselmotors und durch eine Zusatzkraft, die mittels Druckbegrenzungsventilen erzeugt ist, bewirkt wird. In dieser Einrichtung ist der Strömungsweg zur Druckreduzierung verschieden von dem vorherigen Beispiel (d.h. ISL). Die Druckentlastung verbraucht einen Teil des Stroms, der vom Motor weitergeleitet wird. Dieser Strom umgeht das Triebwerk der Pumpe und fließt zur Niederdruckseite des Kreislaufs.
Obwohl diese Einrichtungen nützlich sind, sind sie nicht auf das Bedürfnis gerichtet, ein System anzugeben, das automatisch funktioniert (mit oder ohne Eingabe durch eine Bedienperson) und das von einem Mikroprozessor gesteuert und konfiguriert wird. Benötigt wird eine Einrichtung mit einer maximalen und sofortigen Nutzung des verfügbaren Bremsdrehmoments, wenn dieses benötigt wird, mit oder ohne Eingabe durch eine Bedienperson mittels eines Steuerhebels, eines Bremseingabegeräts oder eines anderen gegenständlichen Geräts. Außerdem wird eine Einrichtung benötigt, die in der Lage ist, automatisch zu einem Zustand zu wechseln, in welchem das Abbremsen des Fahrzeugs die (Brems-) Leistungsfähigkeit des Motors übertrifft.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Geschwindigkeitskontrolleinrichtung für einen hydrostatischen Antrieb bereitzustellen, die automatisch die Geschwindigkeit mit Hilfe eines Mikroprozessors anpasst.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Geschwindigkeitskontrolleinrichtung für einen hydrostatischen Antrieb bereitzustellen, die sofort die Nutzung eines verfügbaren Bremsdrehmoments maximiert, wenn dieses benötigt wird und die sofortiges Bremsen über die Bremsfähigkeit des Motors hinaus ohne Verzögerung bewirken kann.
Diese und andere Ziele werden einem Durchschnittsfachmann im Hinblick auf die folgende Beschreibung, die Figuren und die Ansprüche deutlich.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Geschwindigkeitskontrolleinrichtung für einen hydrostatischen Antrieb weist einen Motor mit einer Antriebswelle, die zumindest mit einer hydraulischen Pumpe verbunden ist, auf. Zumindest ein hydraulischer Motor ist in einem geschlossenen Kreislauf mittels einer Strömungsleitung verbunden. Der Motor ist durch eine Systemwelle mit dem Fahrzeugsystem verbunden.
Eine Steuereinrichtung ist mit einer Mehrzahl von Sensoren und mit einem proportionalen Hochdruckbegrenzungsventil, das an die Strömungsleitung zwischen der Pumpe und dem Motor angeschlossen ist, verbunden. Auf der Grundlage der von den Sensoren erhaltenen Informationen stellt die Steuereinrichtung das Druckbegrenzungsventil zur Begrenzung des Drucks auf einen Wert ein, bei dem der Motor nicht überdreht. Dies kann durch die Verwendung von verschiedenen Algorithmen erreicht werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Darstellung einer Geschwindigkeitskontrolleinrichtung, und
2 ist ein Flussdiagramm einer Einrichtung mit einem proportionalen Druckbegrenzungsventil.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Bezugnehmend auf die Figuren ist die Geschwindigkeitskontrolleinrichtung 10 in einem schematischen Diagramm in 1 dargestellt. Generell weist die Geschwindigkeitskontrolleinrichtung 10 einen Antriebsmotor 12 mit einer Antriebswelle 14 auf, die mit einer hydraulischen Pumpe 16 verbunden ist. Die hydraulische Pumpe 16 kann eine Pumpe mit fest eingestellter Verdrängung sein, bevorzugt ist eine Pumpe mit veränderlicher Verdrängung. Die hydraulische Pumpe 16 ist über eine Leitung 20 in einem geschlossenen Kreislauf mit einem oder mehreren hydraulischen Motoren 18 verbunden. Die hydraulischen Motoren 18 können Motoren mit fest eingestellter oder variabler Verdrängung sein. Der oder die hydraulischen Motor(en) 18 sind mit einem System 22 , wie einem Fahrzeugsystem 22, über eine Systemwelle 24 verbunden.
Zwischen der hydraulischen Pumpe 16 und dem hydraulischen Motor 18 sind einer oder mehrere proportionale Hochdruck-Begrenzungsventile 26 an die Strömungsleitung 20 angeschlossen. Die Hochdruck-Begrenzungsventile 26 können direkt oder auch nicht direkt betätigt werden. Weiterhin sind die Hochdruck-Begrenzungsventile 26 derart im Kreislauf angeordnet, dass der Strömungsweg der Energieumwandlung die über proportional einstellbaren Hochdruck-Begrenzungsventile 26 läuft, der die Triebwerke vermeidet und zur Niederdruckseite des Kreislaufs führt.
Verbunden mit dem Kreislauf ist eine Steuereinrichtung 30 mit einem Prozessor 32, der mit Software 34 arbeitet. Die Steuereinrichtung 30 ist auch mit einer Vielzahl von Sensoren 36 verbunden. Die Sensoren sind vorgesehen, um die Antriebsmotorgeschwindigkeit zu erfassen und können auch für die Erfassung der Antriebsmotorbelastung, der Systemgeschwindigkeit, der Druckdifferenz an der Pumpe oder ähnliches ausgelegt sein. Andere Signale können die prozentuale Antriebsmotorbelastung bei bestimmter Geschwindigkeit, die prozentuale Antriebsmotorbelastung, ein Geschwindigkeitsfehler des Antriebsmotors, der einen Sollwert minus den aktuellen Wert darstellt, eine Geschwindigkeitsvorgabe des Systems, die Prozessanforderungen, wie etwa eine Prozess-Geschwindigkeitssteuerung, die Druckdifferenz an der Pumpe, oder ein Fehler der Software sein.
Bei diesem Ausführungsbeispiel steuert die Steuereinrichtung 30 die Pumpe 16 zu einer niedrigeren Verdrängung oder den bzw. die Motoren 18 zu einer höheren Verdrängung, wenn ein Abbremsen von Geschwindigkeitskontrolleinrichtung 10 angefordert wird. Um den Antriebsmotor 12 vor einer Überdrehzahl zu schützen kontrolliert ein Hochdruck-Begrenzungsventil 26 auf der Hochdruckseite des Kreislaufs den Druck. Jegliche Strömung durch das proportionale Hochdruck-Begrenzungsventil 26 fließt zu der Niederdruckseite des Kreislaufs. Das Hochdruck-Begrenzungsventil 26 ist eingestellt, um den Druck auf einen Wert zu begrenzen, bei dem der Antriebsmotor nicht überdreht. Bei dem bevorzugten Verfahren zum Einstellen des Drucks wird dieser auf einen Wert begrenzt, bei dem basierend auf dem aktuellen Wert der Verdrängung der Pumpe 16 eine geringfügig unzulässige Überdrehzahl des Antriebsmotors 12 auftritt. Unter Verwendung der momentanen Geschwindigkeit des Antriebsmotors 12 als Feedback wird die proportionale Hochdruck-Begrenzungsventileinstellung 38 fein eingestellt auf den exakten Wert, der für den gewünschten Betrag der Überdrehzahl des Antriebsmotors erforderlich ist.
Die Motoren 18 werden die Verdrängung ändern um die Forderungen des Geschwindigkeitskontrollsystems zu erfüllen. Wenn die Anforderung zum Abbremsen das Bremsdrehmoment des Antriebsmotors 12 übersteigt, wird der bzw. die hydraulisch(en) Motor(en) 18 die Verdrängung vergrößern und mehr Strömung erzeugen, als die Pumpe 16 verarbeiten kann. Alternativ hierzu, oder in Folge hiervon, kann die Pumpe 16 zurückgesetzt werden oder die Einstellung des Hochdruck-Begrenzungsventils 26 kann erhöht werden. Wenn die Bremsanforderung wiederum die verfügbare Bremsleistung des Antriebsmotors 12 übertrifft, wird die reduzierte Verdrängung eine Strömung durch das Hochdruck-Begrenzungsventil 26 bewirken. Die erniedrigte Verdrängung der Pumpe gestattet eine gleichzeitige höhere Hochdruck-Begrenzungsventileinstellung 38. Jeglicher Strömungsüberschuss wird über das Hochdruck-Begrenzungsventil 26 entspannt, was die Umwandlung in Wärme ermöglicht. Die Gesamtbremsleistung, die dem Antrieb zur Verfügung steht, besteht aus der Bremsleistung, die vom Antriebsmotor 12 verbraucht wird, und der gesamten Leckage in Kreislauf zusammen mit den sonstigen, typischen Leistungsverlusten. Die Strömung durch das proportionale Hochdruck-Begrenzungsventil 26 stellt eine signifikante Strömung durch den Kreislauf dar und stellt eine signifikante Quelle für die Umwandlung von Leistung in Wärme dar.
Da das proportionale Hochdruck-Begrenzungsventil 26 den Druck reguliert, besteht annähernd keine Verzögerungszeit zwischen der Verstellzeit der Pumpe 16 und des Motors 18, um ein Bremsen zu erzielen, das stärker ist, als das, das der Antriebsmotor 12 bereitstellen kann. Die zusätzliche Bremskapazität oder der über die Bremsleistung des Antriebsmotors 12 hinausgehende Betrag setzt ohne Verzögerung ein, wird jedoch durch die Anforderungen der Geschwindigkeitskontrolleinrichtung 10 im Betrag zunehmen.

Claims

Geschwindigkeitskontrolleinrichtung, die aufweist: - einen Antriebsmotor (12) mit einer Antriebswelle (14) verbunden mit zumindest einer hydraulischen Pumpe (16) - zumindest einen hydraulischen Motor (18) verbunden mit der hydraulischen Pumpe (16) in einem geschlossenen Kreislauf mittels einer Leitung (20); - ein Fahrzeugsystem (22) verbunden mit dem zumindest einen hydraulischen Motor (18) mittels einer Systemwelle (24); - zumindest ein proportionales Hochdruck-Begrenzungsventil (26), das mit der Leitung (20) zwischen der hydraulischen Pumpe (16) und dem hydraulischen Motor (18) verbunden ist; - eine Steuereinrichtung (30) mit einem Prozessor (32) zur Ausführung eines EDV-Programms (34) verbunden mit dem geschlossenen Kreislauf und mit einer Mehrzahl von Sensoren (36); wobei das Hochdruck-Begrenzungsventil (26) von der Steuereinrichtung (30) auf einen Wert eingestellt ist, bei welchem der Antriebsmotor (12) nicht überdreht oder eine Überdrehzahl des Antriebsmotors (12) auftritt.
Geschwindigkeitskontrolleinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (30) gleichzeitig die Pumpe (16) auf eine niedrigere Verdrängung und den zumindest einen Motor (18) auf eine höhere Verdrängung einstellt, wenn eine Bremsanforderung vom Fahrzeugsystem (22) gestellt wird.
Geschwindigkeitskontrolleinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (30) nacheinander die Pumpe (16) auf eine niedrigere Verdrängung und den zumindest einen Motor (18) auf eine höhere Verdrängung einstellt, wenn eine Bremsanforderung vom Fahrzeugsystem (22) gestellt wird.
Geschwindigkeitskontrolleinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine proportionale Hochdruck-Begrenzungsventil (26) in dem geschlossenen Kreislauf derart angeordnet ist, dass ein Strömungsweg einer Energieumwandlung zumindest über das zumindest eine proportionale Hochdruck-Begrenzungsventil (26) mit einer proportionalen Einstellung führt, wobei dieser ein Triebwerk umgeht und zur Niederdruckseite des geschlossenen Kreislaufs fährt.
Geschwindigkeitskontrolleinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das proportionale Hochdruck-Begrenzungsventil (26) zur Begrenzung des Drucks auf einen Wert eingestellt ist, bei dem eine geringfügig unzulässige Überdrehzahl des Antriebsmotors (12) bewirkt wird, basierend auf einer vorliegenden Verdrängung der Pumpe (16).
Geschwindigkeitskontrolleinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das proportionale Hochdruck-Begrenzungsventil (26) unter Verwendung der vorliegenden Drehzahl des Antriebsmotors (12) fein eingestellt wird.
Geschwindigkeitskontrolleinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsfähigkeit über die verfügbare Bremsleistung des Antriebsmotors (12) hinaus durch Erhöhung der Verdrängung des Motors (18) gesteigert wird.
Geschwindigkeitskontrolleinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsfähigkeit über die verfügbare Bremsleistung des Antriebsmotors (12) hinaus durch Reduzierung der Verdrängung der Pumpe (16) gesteigert wird, wodurch eine Strömung durch das proportionale Hochdruck-Begrenzungsventil (26) bewirkt wird.
Geschwindigkeitskontrolleinrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das proportionale Hochdruck-Begrenzungsventil (26) angepasst wird, um Systemdruck und Bremsdrehmoment zu beeinflussen und um den Betrag des Abbremsens, welcher dem Fahrzeugsystem (22) bereitgestellt wird, zu steuern.
Geschwindigkeitskontrolleinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das proportionale Hochdruck-Begrenzungsventil (26) den Druck derart reguliert, dass fast keine Verzögerung zum Erzielen eines Abbremsens über die verfügbare Bremsleistung des Antriebsmotors (12) hinaus erreicht wird, wenn ein solches von der Geschwindigkeitskontrolleinrichtung (10) gefordert wird.